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硼为何是对付核事故的第一杀手锏

2021-04-21 19:20:24

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在前苏联的严重核电站爆炸事故中，抢险的一个最关键的动作，就是对爆炸的反应堆空投大量的硼砂，同时为了防止堆芯严重熔毁后最终烧穿耐压壳进入底层深处严重污染大面积的地下水，另外一个抢险大方向，就是在反应堆的地下，冒险临时开凿地洞，地洞里面也搬运充满大量的硼砂，可以说一边用上层完全掩埋，一边用底下大量堆砌硼砂的办法。来防止已经熔毁的堆芯造成更严重的破坏。这里面抢险的杀手锏物质，都是硼砂。硼在汉字中是一个石子旁，一般和碳一样，作为非金属元素的特别标注。不过硼的物理化学特征比较特殊，其很多性质介于金属和非金属之间。与之类似的还有硅锗砷等“半导体”元素。因此硼硅锗砷合称“近金属元素”。硼一共有13种同位素。最常见的是硼10和硼11。

自然界中，硼10占据20%，而硼11占据80%。硼10的原子核有5个中子和5个质子。要知道在原子核物理上，如果一个原子核的中子和质子都是5个，那么在天然结构上是不稳定的。因此硼10的原子核很容易吸收一个中子，本身变成锂离子；并且发射出一个α粒子和伽马射线。因为大部分核裂变反应都必须有持续的中子产生才能维持下去。如果反应堆内部已经持续反应的核燃料要想停止反应，也就是给反应堆急刹车，那么硼就是不错的“刹车材料”，当然可以做刹车材料的其他物质还有一些，但是价格便宜，而且吸收中子效率特强。可以大批量紧急应用的，几乎没有比硼10更廉价的材料。因此硼10可以和钢材制作成硼钢棒，插入反应堆的核心，作为调节反应堆反应程度的调节棒。而当反应堆的燃料消耗2到3年，

反应效率下降，需要正常换料的时候，需要把乏燃料棒取出，用于冷却和停止反应的冷却水，里面也大量的加入硼砂，也是为了更好吸收多余的中子。加入大量硼砂的冷却轻水会呈现特别蓝的颜色。而当发生严重核事故，造成堆芯直接泄漏等极端情况时，大量的硼砂也是挽回事故影响的紧急封闭物质。已经熔毁的堆芯，遇到大量硼砂会减慢反应，直到逐步冷却停止反应。硼的来源非常奇特。恒星内部的核反应几乎不产生硼，而被认为是超新星爆炸等冲击才偶然产生，因此硼的宇宙中含量极低。但是比较奇怪的是，地球表面并不缺硼。硼在生命产生过程中也极端重要。没有硼的参与，生命体中的核糖核酸就很难稳定。因此硼也是人体必需的微量元素之一。不过要特别注意，硼元素本身无毒，但是常见的含硼的硼砂矿却对人体有积累性的毒性。因此非专业人士尽量要少接触。