研究性反應堆

1938年O.哈恩和F.斯特拉斯曼發現鈾核在吸收一箇中子後，可分裂成兩個新核，新核的電荷和質量大約為鈾核的一半，並具有相當高的動能；與此同時，還放出2～3箇中子（如1個235U核裂變時，平均放出2.44箇中子；Pu核裂變時，平均放出2.89箇中子）。

以235U為例，其裂變反應為：235U＋n魼A＋B＋2～3n＋γ上述裂變過程中，先由235U核俘獲中子，形成受激複合核［236U］*，該複合核的壽命很短，約10－14～10－15秒，幾乎立刻分裂成兩塊大的碎片A和B，這種初級裂變產物具有中等質量數。裂變碎片的質量數與其裂變產額之間的相關性見圖1。

此外，裂變過程中還放出2～3箇中子及γ射線輻射。一個鈾核分裂成兩個中等質量數的裂片的質量虧損約為0.215原子質量單位，根據狹義相對論導出的質能關係E＝mc2，可計算出上述質量虧損相應於放出約200兆電子伏的能量，該能量的分配情況見表：鈾核裂變質量虧損放能分配瞬發放出裂變碎片的動能165MeV瞬發γ輻射8MeV裂變中子的動能5MeV緩發放出裂變碎片衰變時放出的β粒子7MeV裂變碎片衰變時放出的γ射線6MeV裂變碎片衰變時放出的中微子10MeV合計201MeV235U的裂變碎片約有200多種，質量數大致從70～170。質量數在95和140附近的裂變產額最高，這表明鈾核裂變是一種非對稱性裂變（圖1）。

據1999年國際原子能機構統計，全世界現有研究性反應堆500餘座，分佈在60餘個國家，中國現有11座研究性反應堆。按其研究用途的不同，大體可分為：

①高中子通量工程試驗堆；②游泳池堆；③脈衝試驗堆；④微型中子源反應堆；⑤重水型試驗堆；⑥零功率堆。中國已有能力研製上述所有堆型。

儘管堆型繁多，但堆的基本結構大體相同。主要由核燃料元件構成的堆芯、慢化劑、冷卻劑、控制棒、反射層、屏蔽層、操作系統以及實驗孔道等所組成。圖2a、b表示中國第一座重水型實驗性反應堆的基本結構。

研究性反應堆在科學實驗中具有重要價值，廣泛應用於材料輻照試驗、核燃料元件輻照實驗、醫用和工業用放射性同位素的生產、單晶硅中子嬗變摻雜、中子活化分析、中子衍射和中子散射實驗、中子照相、輻射化學與物理研究等領域，在工業、農業、生物醫學、環境科學、材料科學等領域中起到重要作用。 ^[1]