日本反应堆停机后到底产生多大热量？需要多少水？-夏凉-万维博客-万维读者网（电脑版）

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网络日志正文

		日本反应堆停机后到底产生多大热量？需要多少水？	2011-03-20 18:54:35


	日本福岛核电站的事故，据报道地震当天就停机了。但反应堆仍然产生热量，需冷却水降温，是因为热量是衰变热造成。但是，核电站停机后，要多少天才能停止产热，产多少热？似乎从来没有人问这个显而易见的问题。我找到了公式（http://en.wikipedia.org/wiki/Decay_heat）。从科学的公式计算，一天后，衰变热就应该降到只有０.４％了。按说，如今已经7天了，也就应剩下有０.２％，就是说，比初始下降３０倍。如果这个核电站初始衰变能量是１３Mev，那么一再周后就应该只有０.４Mev。1Mev 产生1.6x 10-13 Joules。谁算一下，这些能量是否能够一直保持燃料棒加热。。。当然，上面的很物理，对我这个非物理行业的外行还是想像不出来。为了好计算，我又找了些数据。。。一个反应堆平均大概产生1000兆瓦/小时。一周后的衰变热，按为原来的0.2%算的话，就只能产生2兆瓦/小时的能量了。我家的灯泡最大的是100瓦的。也就是说，这个反应堆的衰变热相当于2万个100瓦灯泡。一个反应堆的体积有多大呢？“The fuel rods then are arranged in bundles with typical dimensions of 5 to 9 inches square by about 12 feet long. Each fuel bundle may contain several hundred fuel rods and cores can contain several hundred bundles. ”。估计一下，假设一捆有300根，总共有300捆。如果一根燃料棒的截面是5平方寸，假定一捆是300根，一个反应堆有300捆的话，那么占面积就是450000平方寸，或折合相当于300平方米。如果一根燃料棒是4米长，也就是说，反应堆占据大概 15米 x 20米 x 4米这么大的空间，相当于一个很大的卧室那么大，而且比家用卧室还要高很多。想象一下，2万个1oo瓦灯泡在这么空间，是否能把这些陶瓷金属混合燃料棒照热（假设完全被吸收）么？咱不是物理学家，我这样算对不对呢？ upthere网友进一步用用水量描述: 假设我们可以用水冷却，效率100%，先算一下一小时可以蒸干多少水：水的比热为4.19kJ/Kg/K,把1公斤水从10度室温加热到100度开水需要377千焦耳；水的蒸发热为2270kJ/Kg,把1公斤开水从100度蒸发需要2270千焦耳；合计要从10摄氏度蒸发1公斤水需要2647千焦耳； 1千瓦小时=3.6兆焦耳； 2兆瓦一小时做工相当于2000度电=7.2兆千焦耳；这些能量（每小时）可以蒸干2.7吨（2.7立方米）水。每个反应炉每天需要加水65吨。如果不是靠蒸发，而是靠循环水冷却，每公斤水最多带走约上述1/10的热量。每天需要泵水多于650吨。

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			文章评论

作者：夏凉

留言时间：2011-04-25 19:35:54

谢谢ArMao指正！多年不接触，都还给老师了。你说的对，这里功率单位应该是兆瓦*小时，而不是兆瓦/小时。至于一周后衰减到0.4Mev参照自维基百科和图片：http://en.wikipedia.org/wiki/Decay_heat。根据此文，初始是13Mev沉积于堆芯(6.5%总裂变能量），根据此文，一周后降到0.2%，按此比例我算出的是0.4Mev.


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作者：ArMao

留言时间：2011-03-24 15:56:29

夏凉:

你好！
看了你这博文，发现你这方面的物理概念不清晰，有些量纲都表示错了。
“如果这个核电站初始衰变能量是１３Mev，那么一再周后就应该只有０.４Mev。”这样理解是错的，
每个衰变粒子1Mev的能量是1.6E-13 J,你的乘幂表达不完整。
停堆后，燃料的链式反应中止，主要是那些裂变副产物β衰变产热，其迅速减少是由于绝大部分的裂变产物的半衰期非常短，在很短时间内会衰变完，即热源减少，因此绝大部分衰变热会很快释放。裂变产物β衰变23 MeV的能量中有10MeV以中微子形式逃逸，只有13MeV 会沉积于堆芯，至于粒子衰变能量没有你描述的那种从１３Mev，一周后降到只有０.４Mev，不知道你从那里弄来的。

“一个反应堆平均大概产生1000兆瓦/小时”量纲错误，语句也不通。功率表示单位时间作功的能力，兆瓦就是1MJ/s,后面不应该再用时间作分母，没有“产生1000兆瓦”的说法，估计你想说产生多少能量。文中类似错误有几处，如“一个反应堆平均大概产生1000兆瓦/小时。”；“只能产生2兆瓦/小时的能量了”，正确的表达应该是1个功率为100万KW(即1000兆瓦)的机组(反应堆)，停机一周后，仅为原来功率的0.2%，即2MW，每小时释放的热能为7200MJ。
相当于煤炭燃烧 7200MJ/32.8 MJ/kg=219.5 kg. 一天就烧约5.3吨煤。