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我的艦娘很科學

167 智者千慮必有一失(下)

我的艦娘很科學 藍星海 2745 2019-08-28 13:00:00

  核反應堆依賴于核燃料的鏈式反應產生能量。蟲巢反應堆使用的核燃料是鈾235,是典型的“慢中子反應堆”。

  鈾235需要俘獲一個中子才會發生裂變反應,裂變后會放出三個中子。然而鈾235只能俘獲能量較低的慢中子,但裂變反應放出的卻是能量較高的快中子。

  所以直接將核燃料堆放在一起是不能產生鏈式反應的。反應堆中還需要能夠降低中子速度的減速劑,讓快中子變成鈾235能夠俘獲的慢中子。

  水就是常見的減速劑之一,并且同時還可以作為反應堆的冷卻劑。所以蟲巢才會把反應堆建在水下。

  但這樣的鏈式反應,速度是不可控的。一旦反應開始,核燃料的裂變速度就會呈指數級上升,瞬間釋放出大量的輻射和熱能。然后整個反應堆“轟”地一聲炸成一朵蘑菇云。

  所以反應堆中必須還有一種鏈式反應的“剎車裝置”。這就是反應堆控制棒。

  控制棒是用中子吸收物質制成的棒狀物。制造控制棒的材料,通常有硼、碳化硼、鎘等。將它插入堆芯,就會吸收裂變產生的中子,讓鏈式反應速度降低、甚至停止。

  蟲巢反應堆中并沒有通常意義的控制“棒”,而是在密布堆芯的管道內充入了液態的硼酸。蟲巢通過控制流入堆芯的液態硼酸的多少,就可以方便地控制鏈式反應的速度。

  陳楓的計劃,是摧毀蟲巢反應堆的控制管,同時又讓堆芯碎片不完全碎片化。

  這樣一來,浸沒在減速劑(水)中的堆芯碎片仍然會繼續進行鏈式反應,卻少了硼酸的剎車作用。于是鏈式反應就會失控,導致堆芯熔毀。

  原本疏松多孔的核燃料,在融化后會收縮。這個過程會將其中的水擠出來,隨即鏈式反應停止。融化的核燃料和堆芯的殘骸混合在一起,形成一團難以被蟲巢利用的殘渣。

  即使蟲群將這些殘渣重新堆在一起,也不能再重新啟動鏈式反應。

  而如果蟲群試圖將這團致密的熔渣拆開,七十多個大氣壓的高壓水就會立刻滲入,重新啟動鏈式反應。然后……“轟”!

  陳楓和列克星敦都認為,即使蟲巢能夠重新修復利用這些核殘渣,也需要差不多一個月時間才能重啟蟲巢反應堆。但以蟲巢那么高的新陳代謝速度,最多一周時間,它體內的自噬效應就會導致徹底的崩潰。

  這個計劃的前半段進行得非常順利。堆芯順利地被炸成了幾個大型碎塊,控制管內的硼酸也順利地被冷卻水沖散了。

  但是鏈式反應卻出人意料地沒有失控。

  即便被炸成了幾塊,即便完全失去了“剎車”,但堆芯碎片依然能夠自發地維持穩定的鏈式反應。

  如果事先有人說核反應堆的堆芯炸成碎塊之后還能穩定運轉,估計別人都要笑他腦子壞掉了。

  但這不可思議的一幕,就這么匪夷所思地發生了。

  根據安娜帶回來的圖像可以看出,爆炸之后蟲巢反應堆順勢從“壓水反應堆模式”切換到了“沸水反應堆模式”。這模式切換得就像睡夢中翻了個身一樣自然,似乎根本就不痛不癢。

  所謂“壓水反應堆”和“沸水反應堆”是二代核反應堆的兩個最常見的類型。

  “壓水反應堆”是指堆芯中的冷卻劑——水,因為高壓而始終處于液態。這種反應堆工作溫度較高,因而效率高、體積小。

  “沸水反應堆”則是指堆芯中的水會處于沸騰狀態,一部分水會變成高壓蒸汽。它的工作壓力低、溫度低,所以效率低、體積大,通常只用于核電站。

  蟲巢反應堆之前就處于“壓水反應堆”的模式下。堆芯排出的水溫雖然接近了三百攝氏度,但在七十多個大氣壓的水壓下仍然處于液態。

  人類的壓水反應堆通常會使用150個大氣壓的壓力,以達到更高的工作溫度和更高的熱效率。并且會采用內外雙循環隔離的結構,避免核輻射外泄。

  所以陳楓之前也疑惑過為什么蟲巢反應堆采用的是效率更低的“低壓”運轉和開式循環模式。并且還和列克星敦討論過這個問題。

  他最終認為應該是蟲巢的規模還沒有達到頂峰,所以反應堆埋藏的深度也沒有達到1500米左右的最佳位置。同時因為蟲群能夠適應強輻射的環境,所以不需要更安全的雙循環模式。

  事實證明,他們的猜測是錯誤的。蟲巢是故意將反應堆的埋藏深度控制在七百多米的。它的目的就是在萬一反應堆失控時,能夠立刻切換到能自動穩定的沸水反應堆模式。

  陳楓的炸彈破壞了反應堆的控制管路之后,堆芯碎片中的硼酸鹽很快流失。隨著中子吸收物質的減少,鏈式反應立刻開始加速,釋放出大量的熱。堆芯碎片的溫度開始飆升,迅速超過350攝氏度。

  這個過程正是陳楓期望的。但接下來發生的就開始南轅北轍了。

  隨著堆芯溫度提高,堆芯孔隙中的水溫也超過了這個壓力下的沸點,開始不斷沸騰氣化。沸騰的水在氣化時吸收了大量的汽化熱,迅速冷卻了堆芯,使堆芯并沒有達到熔點。

  與此同時,水變成水蒸氣之后體積急速膨脹。即使在巨大的水壓下,蒸汽的體積也比液態水要大幾十倍。膨脹的水蒸氣占據了堆芯的孔隙,把液態水擠了出去。

  由于水蒸氣的分子距離更大,因此對高能中子的減速效果遠低于液態水。這就導致了核燃料無法俘獲足夠的慢中子,鏈式反應開始減速。

  而當鏈式反應變慢時,液態水又會涌入堆芯孔隙,使鏈式反應加速。最終堆芯碎片中的鏈式反應和水的沸騰會達到平衡,使反應堆能夠在失去控制棒的情況下仍然保持穩定運行。

  這就是沸水反應堆的運行模式。

  舊時空的美國核科學家安特梅耶率先提出了這個構想。他和阿貢實驗室的同事建立了一個實驗堆,然后開始了花式虐反應堆的“作死之旅”。

  他們模擬了70多種苛刻的反應堆事故可能,包括冷卻管道爆破、閥門斷開、控制棒誤操作等各種惡劣條件。嘗試了各種不同的燃料類型和各種稀奇古怪的“錯誤”。

  最后一次試驗中,他們干脆直接把反應堆頂蓋給炸飛了。可謂作死作到了極致。

  然而這座沸水反應堆中的鏈式反應始終沒有發生堆芯融化的嚴重事故。

  這驗證了沸水反應堆的固有安全性。因此,沸水反應堆成了后來民用核電的主流。

  但從來沒有人想過,讓反應堆能夠在堆芯破碎的時候自動從壓水堆切換成沸水堆。

  這種蛋疼的設計,在人類看來完全是反常識的,簡直是吃飽了撐的。——堆芯都被炸成碎片了,還不趕快停機維修?還要繼續運轉個毛線啊?!

  除非是腦回路極度不正常的人類,才會去想反應堆模式自動切換的問題。

  然而對蟲巢來說,維持反應堆的能量輸出才是事關生死存亡的關鍵。至于熱效率低一點、輻射多一點,那根本不算個事兒。

  于是陳楓他們精心策劃的行動,就在這個不起眼的地方擱淺了。

  當真是“智者千慮必有一失”!

  ………………

  聽了列克星敦的講解,其他女孩才明白陳楓的臉色為什么那么難看。

  這個小小的失誤,就等于宣布了五千萬菲南人的死刑。

  而這還建立在幾大帝國能夠馬上認識到蟲巢危害、并且立刻達成一致意見的前提下。但這幾乎是不可能的。

  人類每拖一天,蟲巢就會變強一點,人類需要付出的代價就會越大。

  直到人類付不出這個代價的那一天。

  女孩們都沉默了。

  過了一會兒,海倫娜才開口問:【就沒有其他補救辦法了嗎?——比如再用更多水雷去炸?】

  胡德搖搖頭:【沒用的。那最多拖延一兩天而已。堆芯碎片越小,蟲群修復起來反而越容易。】

  海倫娜又把期待的目光投向列克星敦。但列克星敦也只是輕輕地搖搖頭,沒有說話。

  一片沉默中,陳楓卻突然嘆了口氣:【其實……我剛剛想到了一個B計劃……】

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