反應棒

反應棒又稱反應堆燃料棒（英語：fuel rod），是反應堆中核裂變材料的來源。多為較低純度的濃縮鈾，製作成一顆顆燃料丸或燃料柱再封裝金屬外殼成為燃料棒。視反應堆型式的不同，通常會以多根燃料棒組成一組燃料束（fuel bundle）或燃料組件（fuel assembly）。

被裝進反應堆後，這些反應棒會在反應堆中待上大約3年，在這3年中，它們會消耗自身包含的鈾的3%，在這之後，它們會被送到乏燃料水池，在這裡，核裂變中產生的一些半衰期短的同位素會衰變掉。在這裡待上大約5年後，這些反應棒的放射性會降低到安全範圍之內，之後就會被裝進乾式貯存桶永久儲藏，等待未來進行深地質處置或被送到再處理工廠進行再處理。

使用鈾作為燃料的反應堆中，裂變產物中包括鈽，一種可以製造核武器的裂變材料，因此反應棒的再處理有時會引起國際爭議。

基本介紹

• 中文名：反應棒
• 外文名：fuel rod
• 領域：核物理

簡介

反應棒又稱反應堆燃料棒（英語：fuel rod），是反應堆中核裂變材料的來源。多為較低純度的濃縮鈾，製作成一顆顆燃料丸或燃料柱再封裝金屬外殼成為燃料棒。視反應堆型式的不同，通常會以多根燃料棒組成一組燃料束（fuel bundle）或燃料組件（fuel assembly）。

被裝進反應堆後，這些反應棒會在反應堆中待上大約3年，在這3年中，它們會消耗自身包含的鈾的3%，在這之後，它們會被送到乏燃料水池，在這裡，核裂變中產生的一些半衰期短的同位素會衰變掉。在這裡待上大約5年後，這些反應棒的放射性會降低到安全範圍之內，之後就會被裝進乾式貯存桶永久儲藏，等待未來進行深地質處置或被送到再處理工廠進行再處理。

使用鈾作為燃料的反應堆中，裂變產物中包括鈽，一種可以製造核武器的裂變材料，因此反應棒的再處理有時會引起國際爭議。

核裂變

核裂變（德語：Kernspaltung；英語：nuclear fission），在港台稱作核分裂，是指由較重的（原子序數較大的）原子，主要是指鈾或鈽，裂變成較輕的（原子序數較小的）原子的一種核反應或放射性衰變形式。核裂變是由莉澤·邁特納、奧托·哈恩及奧托·羅伯特·弗里施等科學家在1938年發現。核子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期核子彈套用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電站最常見。

重核原子經中子撞擊後，裂變成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個中子，並且以伽馬射線的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成鏈式反應而自發裂變。原子核裂變時除放出中子還會放出熱，核電站用以發電的能量即來源於此。因此核裂變產物的結合能需大於反應物的的結合能。

核裂變會將化學元素變成另一種化學元素，因此核裂變也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異，以常見的可裂變物質同位素而言，形成二個原子的質量比約為3:2。大部分的核裂變會形成二個原子，偶爾會有形成三個原子的核裂變，稱為三裂變變，大約每一千次會出現二至四次，其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間。

現代的核裂變多半是刻意產生，由中子撞擊引發的人造核反應，偶爾會有自發性的，因放射性衰變產生的核裂變，後者不需要中子的引發，特別會出現在一些質量數非常高的同位素，其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性，和質子發射、α衰變、集群衰變等單純由量子穿隧產生的裂變不同，後面這些裂變每次都會產生相同的產物。核子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂變時也會釋放中子，因此可以產生鏈式反應，使核裂變持續進行。在核電站中，其能量產生速率控制在一個較小的速率，而在核子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。

由於每次核裂變釋放出的中子數量大於一個，因此若對鏈式反應不加以控制，同時發生的核裂變數目將在極短時間內以幾何級數形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多，將會瞬間釋放大量的能量。核子彈便套用了核裂變的這種特性。製成核子彈所使用的重核含量，需要在90%以上。

核能發電套用中所使用的核燃料，鈾-235的含量通常很低，大約在3%到5%，因此不會產生核爆。但核電站仍需要對反應堆中的中子數量加以控制，以防止功率過高造成堆芯熔毀的事故。通常會在反應堆的慢化劑中添加硼，並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核裂變速度。從鎘以後的所有元素都能裂變。

核裂變時，大部分的裂變中子均是一裂變就立即釋出，稱為瞬發中子，少部分則在之後（一至數十秒）才釋出，稱為延遲中子。

濃縮鈾

濃縮鈾（Enriched Uranium），指經過同位素分離處理後，鈾235含量超過天然含量的鈾金屬，與其相對的是貧化鈾。

濃縮鈾根據鈾235含量的不同，可以分為高濃縮鈾（HEU）（20%以上），低濃縮鈾（LEU）（2%-20%）和微濃縮鈾（SEU）（0.9%-2%）。掌握生產濃度達百分之二十以上的鈾濃縮技術後，如繼續以離心機進行鈾235及鈾238的分離，可得到鈾235濃度更高的高濃縮鈾，當鈾235含量超過90%則被稱為武器級濃縮鈾，可直接用於製造核子彈。