不必急於衝核電站豎中指，中子通量及下落不明之前

副標題：核電站中子年產量約1kg，核廢水攤幾何?

核電站靠鈾235同位素的巨大裂變熱量，把熱機的工質水燒開，過熱至高壓蒸汽，推動汽輪機發電。

核燃料U235原子核被一個慢速中子碰瓷破裂，蹦出兩個小原子核碎片，外加2至3個熱中子。

具體的碎態有60多種花樣，任一碎態的平均產熱250MeV以上，平均生產中子2.5個，也即每生產一個新中子，可以產熱100MeV。

中子無電荷，可在燃料棒內外橫衝直闖。因為：假設把一個原子放大到足球場那麽大，位居中心的原子核也就足球那麽大，按比例放大後的中子則比乒乓球大一些。核外是空曠的電子雲空間，相當於隸屬原子核心的中央警備團巡邏地盤。然而這道電子雲屏障，對中子來說，形同虛設。

放蕩不羈的中子輕易可溜出燃料棒，跑進被加熱的水中，很難再遊回燃料棒。最後要麽與水分子中的氫原子核擦出火花，熔合為氫的同位素氘，要麽與先前生成的氘再熔合為氚。

唯有這個氚是個不穩定的同位素，隨時會衰變成氦的同位素He3，並射出18KeV以下動能強勁的電子。大約12年後，有一半的氚會變成氦。水分子H2O可能因此突然丟失一個氫原子，變成自由基HO；若水分子的2個氫都是氚，全變氦後剩下孤氧，反而有益健康。

其實，很多先富起來的人，早就與氚打上了交道：名貴手表通常都有夜光功能，指針、時標上都有含氚的熒光粉。隻是科普不到位，消費者也許不知情。

另一方麵，棒內逸出一個中子，就少一個觸發裂變的“撥火棍”份子。假設極端情況：新生中子都沒在燃料棒內撞破任何核，就急匆匆跑出棒外，此時的燃料棒將會熄火。實際上，合理設計的燃料棒，U235濃度的商用保障，可使大多數中子，能在棒內幹幾次爆破的正經事後再逸出。這叫可持續鏈式核裂變反應。

習題：試算秦山核電站每年的中子產量。

已知：

滿負荷額定發電功率300MW（采用設備銘牌）；

熱機效率33%（合理假定值）；

1MeV = 1.7*10^-13J；

中子質量1.7*10^-27kg；

100MeV/每中子誘發裂變產熱；

求解：

年理論極限發電量 = 365*24*300000 = 2.9*10^9kwh = 29億度電。

年預期發電量 = 年極限發電量 * 負荷占空比 = 29 * 0.6 = 17.4億度電。這裏采用0.6作為負荷占空比，是本人的經驗值，充分考慮了廠礦企業晚上以及節假日不開工，且設備每年都需例行的保養檢修工時。

年實際發電量 = 17億度電。此數摘自該核電廠的營銷業績年報。對比預期值，說明占空比係數還算靠譜。

折合每公斤中子的產熱：10^16J/kg;

年發電量折算成熱機的輸入熱量 = 1.7*10^9/33% = 5.1*10^9kwh/year = 5.1*10^9*3.6*10^6 = 1.84*10^16J/year

所以，中子的年產量 = 1.84公斤。

中子密度極高，吃飯用的一小勺中子，比喜馬拉雅山還重！這兩公斤不到的中子，若攏成一堆，用普通顯微鏡也不一定能看得見。

跑到水裏搞搞震，隻是中子的出路之一，還有較大一部分比例，被燃料棒的主體基礎原子U238吸收，變成中間產物U239，約莫23分鍾後，衰變為Np，再2.4天後變為鈈 – 核武器氫彈聚變點火的高級燃料。

為了控製晝夜/節日負荷的峰穀波動，需要火力調控。一般用鎘材料製成的中子吸收棒，控製插入堆芯的深度。插的越深，吸收中子越多，核火力越小，反之，加大火力。這是中子的另一顯著歸屬。

裂變生成物繁多，加上容器，結構件等等，涉及到的雜七雜八的原子，都有可能與中子啪啪啪打野炮。中子在這方向的出路，可能份額不大。

自由中子的壽命約15分鍾，如果在短期內沒有發生融入其它核的事件，最後的出路就是衰變為氫原子，之後2個氫原子結合成易燃易爆的氫氣 。

弄清裂變中子最終去向很有現實意義。

據說10年前的日本福島核事故，不至於弄得像現在這樣不可收拾，如果當時事故突發處理人員正確估計中子的下落的話。

正因為憑想象高估了中子變成氫氣的份額，而導致處理人員有害怕引起氫氣爆炸的危險，錯失使用正確手段的時機，如應急電焊補漏等。

核電站純中子年產量也就公斤級別，就算100%經beta衰變成氫，彌漫至反應堆附近空間中的氫氣濃度也很低，根本無需擔心氫閃爆。

至於1kg中子年產量造就的核廢水，待中子下落各方向百分比準確掌握後，可得到置信度較高的數據。

沒有這個準確百分比，可按最壞的情況：全部被核廢水吸收，且一半的中子先與水H2O裏一個氫聚合成氘，再用另一半的中子，將生成的氘一個不剩地，全都聚合成氚。

則按原子量勾兌的結果：分子量 = 3（氚）+1（氫）+16（氧）= 20，消費了2個裂變逸出中子，即每kg中子，可兌10kg，也即10升含氚重水精。

再用普通水稀釋重水精1億倍，模擬日本想倒入海的百萬噸核廢水，有興趣的學術控們，不妨匡算人體攝入氚的年劑量，甚至對比折算相當於拍了多少張醫學X光片（X射線能量約100KeV）的輻射量。

學術界值得深入研究核裂變中子去向比例分布。同仁若有詳實的相關研究論文，也歡迎推薦、共享。

文科生們不必計算，就知道任何東西對大海而言，都是滄海一粟，隻不過他們更在意到底是哪款的一粟：若是遊輪海上倒掉幾十噸臭大糞，盡可哈哈一笑；換作含半斤氚元素的核廢水，則必口誅筆伐。

理科生們算來算去，發現小日本這是沒事找事，恐怕是在當前蕭條的疫情形勢下，耐不住寂寞，而向國際社會發嗲求抱抱而已。

國際核能監管機構都背書了你們的計劃，還有啥好滿世界咋咋唬唬呢。難道想奚落厲害國未能在該機構安插一個類似世衛譚書記那樣的角色？

在追求公義的世界，可以自由衝核電站豎中指，但且等科學家們搞清楚了中子通量及下落明了再看。如果有誰科學地推翻了我這裏的妄算，定虛心學習，並加入中指行列。

本文旨在科普。心中有數，遇事不慌；獨立思考，不人雲亦雲。