可控核反应堆中的“不可控” 方励之

今天（2011/3/17）自由亚洲电台普通话网站的头条新闻是“日本大地震引核发电安全性忧虑”。其中引了一段我的话：          “美国亚利桑那大学物理学教授方励之表示，中国应该汲取日本的教训，在核电发展战略和发展规划上进行适当调整，特别是在核电厂的选址方面应该进行多方面评估。          “当然选址是很重要，因为反应堆这些东西只要出一件事情它的影响就相当大。所以一定要保证它根本就是万无一失或者说出现状况以后，能够再可控。”          采访记者可能知道我曾经从事过核反应堆理论研究，以为我如今还是内行。确实，我大学毕业后的第一个工作就是核反应堆理论研究。时间是1956年秋到1957年夏，反右派运动开始。当时中国正准备建造第一个原子核反应堆。时间已过去半个多世纪，我早已不再是核反应堆内行。所以，在答记者问时，只说了一个物理上尚还有把握的词——可控,再可控。          略加解释如下。          核反应堆里的物理过程是所谓可控核反应。即其反应强弱大小可人为控制。其实不然，人为只能控制约95%，有5%是“不可控”的。一当出现状况，我们只能关掉95%的功率，而有5%一时关不掉。就如一辆高速行进的汽车，一遇状况，不给油，车引擎仍有5%功率。          5%的“不可控”来自所谓“衰变能”。核反应堆的能源95%来自U235裂变。自由中子打到U235，产生裂变，核能变热能。没有自由中子，U235的裂变就停了。核反应堆的控制棒由镉等构成，它专门消灭自由中子。所以，插入镉棒，95%功率即shut down。但是U235裂变的产物一般仍是放射性的，有不断的beta, alpha衰变, 也放射gamma线。衰变是不依赖于有没有自由中子的。控制棒对其无效，所以是“不可控的”。只有等衰变能渐渐放完了，这5%功率才能慢慢减少。5%虽是总功率中的一个小数，但其能量毁掉一个核反应堆绰绰有余。所以，事故停堆以后，散热系统仍必须有效地运转，以控制“衰变能”产生的高温。日本富岛核电站的问题好像就是未能有效地将“衰变能”产生的热能及时传走。          五十年代时就知道，传热设计，是反应堆的一个关键。对于发电用反应堆，传热问题尤其重要。为此，1957年初，我还专门去清华大学注册，旁听工程系的一门传热学课（北大无此课）。听了两次，我就放弃了。一则，不听课也可以看得懂；再则，其内容对核反应堆中传热问题无大用。教材是从前苏联翻译过来的一本“传热学”,是苏联发展重工业时代的传热学，没有“衰变能”加热等问题。1986年苏联契尔诺贝利发电站的事故，果然就是反应堆的传热系统出了大问题。          1956年创建的核反应堆理论组，属于中国科学院及二机部，是中国核项目的一部分。该组位于北大核物理楼的第六层顶楼。故有人自称六楼居士。这个小组共有十二个人，除黄祖洽一位30余岁外，一律都是刚从北大物理系或其他大学物理系毕业的。          核反应堆的物理理论，早在四十年代就由费米（E.Fermi）等人奠定了基础，五十年代时，已趋成熟。1955年，在日内瓦首次召开了国际和平利用原子能大会，美苏两国公开了不少核秘密。因此，我们的工作，在物理理论上并没有太多困难。困难的是数值计真。当时没有计算机。最好的计算工具是电动计算器。电动计算器也不多，不够每人一台。最常用的工具是中式算盘，每人都有一个。          我计算的内容之一是中子在轻水中的输运（kinetics）。富岛核电站用的就是轻水反应堆。以轻水为慢化剂的反应堆要用低度浓缩的铀。浓缩度多少才合适？依赖于中子在轻水中的输运，算……          还没有算完，我就被作为5%“不可控”，开除出该组了。

03/17/2011， Tucson