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第1章 将B－VIII铀机的输出功率提高到10000千瓦（第1页）

“我不理解，为什么要6座‘B-VIII铀机’串联发电？”女发明家海蒂·拉玛对最新的设计蓝图十分不解。

“原子弹之母”莉泽·迈特纳给出令人信服的答案：“因为材料的限制，为了防止堆芯熔毁，‘B-VIII铀机’无法全力运转，所以输出功率5000千瓦是安全的上限。”

作为第一代的核反应堆，“B-VIII铀机”属于石墨水冷电堆。

石墨反应堆（GraphiteReactor）是核裂变反应堆中的一种，也是最常用、最早使用的一种。石墨具有良好的中子减速性能，最早作为减速剂用于原子反应堆中，铀—石墨反应堆是应用较多的一种原子反应堆：将大块的立方体的石墨堆砌起来，将核燃料棒插入其中，然后启动反应堆，这样铀235裂变后放出的快中子就会被石墨减速，然后去撞击新的铀235原子核，于是产生链式反应。石墨反应堆在其它方面与大多数核电站原理一样，只是减速剂不同，其中石墨、重水是公认的最好的减速剂，因为此两种反应堆的效率较高。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPm（百万分之一）。

石墨水冷电堆（Watereooledgraphitemoder-Atedreactor）是一种热中子反应堆（ThermalNeutronReactor，是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子（或称慢中子），再利用热中子来进行链式反应的一种装置。由于热中子更容易引起铀235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中，组成堆芯。链式反应就是在堆芯中进行），石墨为慢化剂，水为冷却剂。在工业发展的初期，石墨水冷电堆主要用于生产武器装药钚、氖等。这种反应堆通常使用天然铀金属部件作为燃料。反应堆中天然铀中的铀235吸收中子产生核裂变反应，释放中子和能量。其中一些中子用于维持链式核裂变反应，一些被天然铀中的铀238吸收，并转化为钚239和其他钚同位素。纯石墨砌体用作石墨水冷电堆的慢化剂和反射器。石墨砌体中有两三个水平通道（水平堆叠）或垂直通道（垂直堆叠）。在这些通道中插入可更换的石墨套管，并在套管中插入铝合金工艺管道，用来将冷却水与石墨慢化剂分离。工艺管道内壁上有凸筋，以保持工艺管道和燃料元件之间的间隙。石墨砌体各部分的温度不均匀。通过改变石墨套筒和工艺管道之间的间隙以及工艺管道中的水流，可以部分调整砌体温度，使其温度分布更加平坦。通常，燃料元件由棒制成，直径约为35-38毫米，长度约为100-200毫米。为了提高比功率并使元件的径向燃耗均匀，还使用了管状燃料元件。

在核反应堆的早期开发中，采用开放式冷却模式。即让河流流经反应堆堆芯，含热量的水也会排入河流。由于耗水量大、排水中放射性水平高、环境保护问题突出等原因，该方法已停止使用，并广泛采用闭式冷却方法，即冷却水从堆芯流出，热量输出反应堆，热量通过热交换器传输到另一回路侧的水，然后通过主泵返回反应堆堆芯，形成闭合循环主冷却回路或主回路。处理一回路水的热量有两种方法：一种是通过热交换器将一回路的热量传递到二回路水，然后通过冷却塔或河水将其冷却，将热量排放到环境中。另一种方法是通过热交换器将热量传递到废热利用系统，以向外界提供热量或作为发电的热源。天然铀冷堆的一个重要特点是后备反应性（在没有任何控制毒物的条件下反应堆超临界的正反应性数值。用于调节功率、补偿负的反应性系数、运行燃耗和裂变产物的积累等，其大小与反应堆的类型、运行工况和换料周期有关）很小。

早期石墨水冷电堆的反应性随着温度的升高而增加，反应堆功率也随之增加（所谓“正温度效应”），这导致反应性增加，直到反应堆被置于外部中子吸收器（控制棒等）的控制之下，或导致堆芯熔化等恶性事故。例如1986年位于乌克兰切尔诺贝利的切尔诺贝利核电站石墨慢化大功率管式反应堆由于功率剧增而发生熔毁，使大量危险放射性物质被释放到环境中。切尔诺贝利核事故在《国际核事件分级表》中是第一项被分类为第七级最严重的事件。切尔诺贝利核事故发生后，正温度效应问题引起了各方面的关注。就反应堆物理设计而言，获得负温度效应，以确保反应堆具有至关重要的自稳定性。

世界上首个商用发电的核反应堆，是于1954年6月27日在俄罗斯卡卢加州奥布宁斯克正式运行，装机容量为5000千瓦，被命名为“和平原子能（AtomMirny）”项目的奥布宁斯克核电站。安全运转半个世纪后于2002年4月退役，被改建成用作研究和纪念的综合体。

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“和平原子能”项目使用的技术，大概率是源自前苏联从第三帝国获得的“B-VIII铀机”核电技术。

“我记得，这并不是第一代核反应堆的功率极限。”首席选角助理战地女郎丹妮尔认真想了想。

“对的。”临来时也做足了功课的第二选角助理女秘书安娜·莫菲特给出稍晚于前苏联“和平原子能”的一个中国实验项目。

新中国第一座原子能反应堆于1956年5月开始兴建，两年后正式运转。主要用途就是进行科学试验和制造同位素。它同样是用铀做燃料，用重水作慢化剂和导热剂，所以叫做“实验性重水型反应堆”。它的建成是新中国开始跨入原子能时代的标志。这座反应堆的热功率是7000至千瓦。反应堆经改建后运转正常，加强功率比改建前提高了50%，最大热中子通量增加了一倍多，反应堆的辐照空间也增加了2。6倍，仍用低浓度铀作为燃料。

“所以，我们完全有可能将‘B-VIII铀机’的输出功率提高到千瓦。甚至更高。”女发明家海蒂·拉玛立刻抓住了重点：“能不能改用更高效的冷却剂？”

冷却剂（Heat-CarryingAgent）又称“载热剂”。是把反应堆堆芯核燃料裂变释放出来的能量带出反应堆的介质。反应堆冷却剂除了要求满足一般热工、水力学性能外，主要要求热中子吸收截面小、感生放射性弱、辐照稳定性好并与反应堆结构材料有好的相容性。热中子反应堆常用的冷却剂有轻水、重水、二氧化碳、氦气等。在使用液态核燃料或液体慢化剂的反应堆中，核燃料或慢化剂可同时兼作堆芯的冷却剂；使用固态核燃料和固体慢化剂的反应堆，则必须采用另外的冷却剂。冷却剂须不断流过堆芯，随时将热量带走，确保堆芯保持一定的温度，防止堆芯过热或烧毁。

“B-VIII铀机”使用的就是核特性更好，但价格极其昂贵的重水。

历史上，为了阻止纳粹核计划，盟军展开了多次针对性的破坏行动。

比如《重水之战（Heavywaterwar）》：1942年10月，为阻止德国的原子弹计划，盟军指挥部领导了一场名为重水之战的秘密军事行动。1943年2月27日，盟军突击小组“燕子”与“枪手”成功炸毁位于挪威维莫克镇巴仑山的德军维莫克重水生产工厂。1943年底，盟军空军针对复产的工厂进行空袭，但未取得效果。此后德国人计划把维莫克化工厂提炼重水的设备及其所储存的重水搬迁到德国。1944年2月20日10时45分，盟军潜伏的突击队员将满载重水生产设备和材料的“海多罗”号渡轮炸毁在挪威廷斯贾克湖上。

随着纳粹德国最后一批珍贵的重水连同制造设备一同沉入了湖底，希特勒的原子弹梦彻底破灭。

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