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      混合堆概念的提出

        令人十分欣慰的是,氘、氚聚變不僅是一個巨大的能源,而且是一個巨大的中子源。我們可以利用聚變反應室產生的中子,在聚變反應室外的鈾-238、釷-232包層中,生產钚-239或鈾-233等核燃料。這就是所謂聚變裂變混合堆,簡稱混合堆。

      大型核電試驗基地一角  混合堆是一個可供選擇的堆型。鈾-235原子核一次裂變,可以放出2.43個中子;氘、氚一次聚變,只放出1個中子,比鈾-235一次裂變放出的中子少;但由于鈾-235吸收中子后有一部分會變成鈾-236而不裂變,所以鈾-235每次平均要吸收1.175個中子才能裂變,要求鈾-235質量大,如果按相同質量比較,氘、氚聚變放出的中子數,是鈾-235裂變釋放的凈中子數的43倍以上。氘、氚聚變時釋放的能量,80%變成聚變時放出的中子的動能。因而氘、氚聚變不僅釋放的中子數量多,而且釋放的中子能量高。鈾-235裂變放出的中子能量大多為100~200萬電子伏,而氘、氚聚變放出的中子,能量高達140O萬電子伏。然而要直接利用高能量中子的這部分動能是很困難的。可是從生產核燃料的角度來看,一個聚變中子的作用比一個裂變中子的作用大得多。這是因為高能聚變中子轟擊到鈾-238及釷-232靶上,可以產生一系列串級的引起中子和核燃料增殖的核過程,釋放出比聚變中子能量稍低但數量增加幾倍的次級中子。這些次級中子,除了一部分仍可使鈾-238及釷-232裂變繼續放出中子外,還有一部分可以使鈾-238及釷-232變成钚-239及鈾-233等優質核燃料。

        在適當厚的天然鈾靶內,一個聚變中子可以生產出22倍于它所攜帶的能量,并獲得5個钚-239原子核。由于這個原因,如果在聚變反應室外放置一層足夠厚的由天然鈾、鈾-238或釷-232組成的再生區,聚變產生的中子,就可以在再生區生產钚-239及鈾-233,并釋放出裂變能。這個再生區又叫混合堆的裂變包層。當然聚變中子也可以使再生區中的鋰變成氚,補充氚的消耗。根據這種考慮,早在1953年,美國勞倫斯·利弗莫爾實驗室的鮑威爾,就提出了建立聚變-裂變混合堆的建議。正是由于使用聚變產生的中子,有可能比軍用生產堆生產出更多的核武器用的钚-239,所以美、前蘇聯、英聚變研究的早期,是高度保密的。后來看到這種方式一時難以成功,才互相解密,開展了大規模的國際合作。

      研究之路仍然漫長  混合堆的相對優勢

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