本科生也能玩转核反应堆？

这个学校的本科生很“大胆”

【资料图】

核反应产生的能量太巨大了。美国在二战中对日本的广岛、长崎进行的原子弹袭击事件以及前苏联的切尔诺贝利核电站的爆炸事故，使得人们对于核武器或者核设施的潜在伤害有了很深的心理阴影，许多人谈“核”色变。

但有件事情说起来可能会让你感到诧异——美国里德学院的本科生居然运行了一个核反应堆！而且运行这个反应堆的本科生的专业居然与核专业无关！我们都知道核反应堆具有很强的辐射性——核反应堆能产生α、β、γ辐射以及中子辐射，这些辐射能造成细胞损伤甚至DNA的基因突变而使人患病甚至患癌，所以核反应堆最好由专业人士进行管理。如果不慎发生核泄漏，将会对反应堆周围的生态系统造成非常严重的破坏。

世界上有不少高校拥有核反应堆用以科学研究，但几乎所有高校的核反应堆都是由核专家、核专业的博士或硕士管理，而里德学院的核研究反应堆是唯一一个完全由本科生运营的核反应堆，并且里德学院没有设立核工程系，甚至连与核反应堆相关的任何其他工程类的专业也没有，该校的核研究反应堆主要由物理和化学专业的学生在运行。

这些才刚刚进入高等教育学习的学生，真是相当大胆！当然，并不是所有的本科生都可以参与管理这个核反应堆——有意向参与管理的学生必须参加为期一年的核安全研讨会，然后由核监管委员会进行考试，通过所有考核的学生才能获取管理资格。考核是严格的，通过率也不高。截至2018年11月，也才有大约40名在校生获得了管理核反应堆的资格。

这个核反应堆很安全

运行这个核研究反应堆会给学生带来危险吗？里德学院表示：本校的核研究反应堆是一个“零风险设施”。

为什么这么说呢？

核反应堆按用途一共可分为三种：核研究反应堆、核生产反应堆、核动力反应堆。核研究反应堆利用反应堆产生的核辐射进行科学研究，一般建于高校以及研究所；核生产反应堆则用于生产及搜集核裂变产生的元素；核动力反应堆用于发电或者提供动力，建在核发电站或者各种核动力舰船上等。

核研究反应堆由于其规模小，主要表现为核燃料少、功率低等特性，相对于其他的核反应堆安全得多。事实上，过去整整50年的时间里，里德学院的核反应堆仅仅消耗了2.5千克浓的缩铀（浓度为20%），该核反应堆的最高功率也仅为250 kW。而大型核电站单一年使用的浓缩铀（浓度为2%～5%）就可达数吨，其功率更是里德学院的核反应堆的几十万倍。

除了规模小外，里德学院核反应堆的设计使其近乎达到“零风险”。

对于核反应堆的堆芯来说，一方面要注意及时冷却，防止温度过高而引发爆炸，另一方面还要避免堆芯材料（包括燃料、慢化剂、冷却剂）温度过低，从而保证反应堆的运行效率。换句话说，反应堆的温度不能过高也不能过低。

出于安全考虑，一般使用的核反应堆的堆芯燃料都具有自动调节温度的特性，但是很多核反应堆的调节具有一定的滞后性，即温度已经升高或者降低了，功率并没有马上随之增大或者减小，这会带来一定的安全隐患。

这个问题在使用以浓缩铀和磷的混合物作为燃料的传统核反应堆里尤为突出。但里德学院的核反应堆是铀氢锆反应堆，其以浓缩铀和氢化锆的混合物作为燃料，这种混合材料对温度变化的感知非常灵敏——几乎只要温度一升高或者降低，调节就马上启动，安全系数非常高。这是由于氢化锆里的氢会随着温度的升高释放出去，温度降低时又能被吸收回来，而这两个过程都能瞬间反向改变燃料的温度变化趋势。

这个反应堆专门用于产生中子

核反应堆虽然威力巨大，但其原理还是比较简单的：当一个铀235原子受到一个中子轰击时，铀235原子会吸收这个中子，然后分裂成一个氙原子和一个锶原子，同时释放出2个中子，或者分裂成一个钡原子和一个氪原子，同时释放出3个中子。裂变产生的中子又去轰击其它的铀235原子，引起新的裂变，最终造成持续进行的裂变链式反应。铀235裂变能产生大量的热量，产生的热量可以使水沸腾变成水蒸气，推动气轮机发电，这便是核电站的发电原理。

但里德学院的核反应堆并不用来发电，师生们利用这个核反应堆来做什么呢？——答案就是中子辐射。铀的链式反应能产生大量的中子，而中子辐射可以用来检测元素。与其他形式的辐射（α、β、γ、x射线辐射）不同，中子辐射可以使待测元素受激活化，中子和待测元素反应会产生一种放射性核素，该放射性核素会衰变，测量待测元素放射性核素产生和衰变后的有关数据，就可以不用分离、提纯等手段就能精确地鉴别不同的元素，大大提高了样品中元素的检测效率。

除了中子辐射以外，核研究反应堆还可进行伽马辐射，用于生物等学科的研究项目，例如辐射如何导致种子变异等。1968年成立以来，里德学院反应堆设施就一直用于该校所处的波特兰地区的研究和教育项目，对于推进该地区的科学发展起了很大的作用。

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