輻射防護(hù)知識(shí)
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反應(yīng)堆生產(chǎn)钚
(1) 反應(yīng)堆輻照
核反應(yīng)堆既可作為科學(xué)研究裝置，也可作為一種生產(chǎn)設(shè)備。有動(dòng)力堆，有生產(chǎn)堆。核反應(yīng)堆工作原理如圖3.11所示。
反應(yīng)堆里裂變放出的中子，經(jīng)過(guò)減速劑降低能量變成慢中子。這些慢中子，有的與鈾-235發(fā)生裂變，釋放大量能量和繼續(xù)放出中子；有的則被鈾-238俘獲而生成超鈾元素。鎘是專(zhuān)門(mén)吸收中子的，控制棒插入深，被吸收的中子多，參加反應(yīng)的中子就少，裂變功率降低；反之，裂變功率就提高。監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率，適當(dāng)調(diào)節(jié)控制棒的深淺，就可保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行。
建造反應(yīng)堆是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，它涉及核物理、中子物理、熱工學(xué)、放射性防護(hù)和放射性廢物處理等學(xué)科。由于核能的廣泛應(yīng)用，需要建造各式各樣的核反應(yīng)堆，因此在大學(xué)里專(zhuān)門(mén)設(shè)置有“反應(yīng)堆工程”專(zhuān)業(yè)。圖3.12是熱中子增殖堆容器剖面圖，它是反應(yīng)堆的核心部分。
一個(gè)鈾-238原子核，俘獲一個(gè)中子變成鈾-239。在幾天中，鈾-239自發(fā)地經(jīng)過(guò)兩次b衰變變?yōu)轭?239。
n + 238U ? 239U + g
239U ? 239Np + e- + n （半衰期24分）
239Np ? 239Pu + e- + n （半衰期2.35天）
钚-239是個(gè)高度可裂變的同位素。1940年在美國(guó)發(fā)現(xiàn)了這種元素后，他們很快建造了生產(chǎn)钚的反應(yīng)堆，用于制造原子彈。
把金屬鈾放在反應(yīng)堆中照射后，產(chǎn)生的同位素經(jīng)過(guò)化學(xué)方法分離出钚-239。這種化學(xué)分離方法，比物理方法分離鈾-235要容易些。化學(xué)分離過(guò)程必須在兩種非常困難的條件下進(jìn)行：
①即使是極少量（幾克）的钚，也必須從幾噸重的鈾燃料棒中分離出來(lái)。
②钚的毒性極大，必須注意防護(hù)。
(2) 輻照冷卻期
當(dāng)反應(yīng)堆中的鈾-238經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間的照射，生成相當(dāng)數(shù)量的钚-239后，將輻照過(guò)的燃料元件從反應(yīng)堆內(nèi)取出，并放入水中貯存2～4個(gè)月。在此期間，強(qiáng)放射性的裂變產(chǎn)物經(jīng)衰變后，其放射性大大減弱；與此同時(shí)，早先由鈾-238形成的镎-239，也大多轉(zhuǎn)變成钚-239。這段貯存期稱(chēng)為冷卻期。
(3) 分離钚-239
采用化學(xué)方法。輻照燃料經(jīng)過(guò)冷卻后，可用若干不同的方法將钚與鈾和裂變產(chǎn)物分離開(kāi)?；瘜W(xué)方法是通常用于大規(guī)模生產(chǎn)的方法。钚能以幾種不同的氧化態(tài)或化學(xué)價(jià)態(tài)存在，而且在某些化合價(jià)時(shí)其化學(xué)性質(zhì)與鈾的完全不同。根據(jù)這一特點(diǎn)，預(yù)先配制一種溶液，使其中钚和鈾具有不同的氧化態(tài)和不同的化學(xué)性質(zhì)。然后選擇沉淀法或溶劑萃取法便可以相當(dāng)容易地分離出钚。常用磷酸三丁脂(簡(jiǎn)稱(chēng)TBP)–煤油作溶劑。
