第412章 水下核幽灵
第412章 水下核幽灵 (第2/3页)
百度就会沸腾汽化。如果一回路内部产生大量蒸汽气泡，气泡会阻挡中子，导致反应堆功率发生不可控的剧烈波动，甚至引发堆芯熔毁。”
“这就是压水堆名称的由来。”赵学森拿起粉笔，在图纸的一回路管道上重重地写下了一个数字。
“一百五十个大气压。”
“在稳压器的强力加压下，一回路内部的水压被维持在一百五十兆帕。在这个恐怖的压力下，即使水温被加热到三百摄氏度以上，水分子也无法克服外部压力发生相变，它们依然保持着绝对的液态。”
“这些三百多度的高压液态水，携带着庞大的热能，流入蒸汽发生器。”
赵学森指着图纸上的第二部分。
“在蒸汽发生器内部，一回路的高温高压水在数千根U型管内流动。U型管外部，是属于二回路的普通冷水。热量通过管壁进行物理传导。”
“二回路的水压较低。在吸收了管壁传来的热量后，沸腾汽化，产生高温高压的纯净水蒸气。这些水蒸气再去推动汽轮机旋转，最终驱动潜艇的螺旋桨和发电机。”
“最关键的是物理隔离。一回路的水直接接触核燃料棒，带有强烈的放射性。而二回路的水通过管壁传热，完全不带有放射性。双循环系统保证了潜艇轮机舱内水兵的绝对安全。”
理论模型在逻辑上无懈可击。但在将其转化为钢铁实体的过程中，大西北的工业体系遭遇了一系列材料学和机械制造瓶颈。
第一个瓶颈，卡在了核燃料棒的外衣上。
铀-235燃料被加工成微小的圆柱形陶瓷芯块，需要装入一根金属细管中密封。这根金属管被称为燃料包壳。
包壳的要求苛刻到了极点。
首先，它必须在三百多度的高温、一百五十个大气压的强腐蚀性水流冲刷下，保持几万小时不破裂。其次，它必须能够承受内部核裂变产生的放射性气体膨胀压力。
最致命的要求是核物理层面的：这种金属必须具有极低的热中子吸收截面。如果包壳材料吸收了过多的中子，链式反应就会因为中子匮乏而停止。
普通的碳钢在高温高压水下会迅速生锈腐蚀。
大西北冶金部尝试了高强度的奥氏体不锈钢。
【冶金测试日志：不锈钢包壳材料】
“将不锈钢样管置入模拟堆芯高温高压水环境中，持续运行五百小时。表面抗腐蚀性良好。结构强度维持在设计阈值。”
“进入中子通量测试环节。”
“结果：失败。不锈钢中含有的铁、镍、铬元素，其热中子吸收截面过大。大量维持链式反应的慢中子被管壁吸收。导致反应堆必须使用丰度极高的高浓缩铀才能维持临界，经济性破产。”
工程师们又尝试了金属铝。铝的中子吸收率极低。
【冶金测试日志：铝合金包壳材料】
“铝合金热中子吸收截面测试合格。”
“进入高温高压水物理冲击测试。”
“结果：失败。在三百摄氏度的高温水流中，铝的晶格结构发生严重软化。水分子与铝发生剧烈的化学反应，生成氧化铝和氢气。包壳在几个小时内被腐蚀穿透，模拟核燃料发生大规模泄漏。”
不锈钢吃中子，铝怕高温水。
材料科学库似乎走到了尽头。
就在工程陷入停滞时，西京物理研究院的稀有金属分离实验室，将目光投向了元素周期表上一个冷门的过渡金属——锆。
锆的熔点高达一千八百五十度，在高温水中表面会形成一层致密的氧化锆钝化膜，抗腐蚀性能无与伦比。更关键的是，纯净的锆，其热中子吸收截面极小，几乎对中子完全透明。
它是大自然为核反应堆量身定制的完美材料。
但大自然也开了一个残酷的玩笑。
在自然界中，锆矿石里永远伴生着大约百分之一到百分之三的另一种元素——铪。
铪的化学性质与锆几乎完全相同，无论是原子半径还是外层电子排布都高度一致。在常规的化学提纯中，它们就像连体婴儿一样无法分离。
但铪的核物理性质却与锆截然相反。铪是一个贪婪的中子吸收器。即使锆金属中只含有百分之零点一的铪，这根燃料棒包壳就会变成一根熄灭反应堆的控制棒。
必须将铪从锆中彻底剥离，将其纯度降低到百万分之一以下。
一场针对这两种孪生元素的微观化学分离战，在西北第七特种化工厂的提纯车间内打响。
提纯车间。
这里没有高温的熔炉，而是布满了复杂的玻璃管道、萃取槽和带有刺鼻气味的化学试剂储罐。
高级化学工程师刘峰穿着全封闭的防酸橡胶服，戴着防毒面罩，站在一组长达十几米的多级逆流萃取塔前。
既然化学沉淀无法分离，他们选择了利用微小的溶解度差异，进行液液萃取。
“将粗制四氯化锆铪混合粉末，溶解在含有硫氰酸的盐酸水溶液中。”刘峰通过通讯器下达指令。
工人们将白色的粉末倒入巨大的搪瓷搅拌缸内，加酸溶解。
“启动一号萃取泵。注入磷酸三丁酯有机溶剂。”
水溶液和不溶于水的TBP有机溶剂在萃取塔内相遇。电机驱动着搅拌桨疯狂旋转，将两相液体打碎成微小的液滴，使其充分接触。
物理化学的奇迹在微观层面上发生。
虽然锆和铪的化学性质相似，但它们与TBP有机溶剂形成络合物的能力存在微小的差异。锆更容易被有机溶剂拉走，而铪则倾向于留在水溶液中。
“静置分层。提取有机相。”
搅拌停止。密度较轻的TBP有机层浮在水层上方。
但这微小的差异不足以一次性完成分离。
含有较高浓度锆的有机溶剂被送入下一级萃取塔，再次与新的水溶液接触，进行反萃取。
这种枯燥的流体力学循环，在几十级萃取槽中反复进行。水相和有机相逆向流动，就像一台微观的化学筛子。每一次接触，都会将微量的铪原子留在水中，将锆原子带走。
经过连续几十个小时的萃取。
最终从生产线末端流出的，是极其纯净的含锆溶液。
“进行加热沉淀。加入氢氧化氨。”
溶液中析出白色的氢氧化锆沉淀。随后被送入高温回转窑进行焙烧，转化为纯净的二氧化锆粉末。
但这依然只是氧化物。
在车间的尽头，是一台巨大的真空感应还原炉。
“将二氧化锆与碳粉混合氯化，生成四氯化锆气体。引入还原炉内部。”
“加入高纯度金属镁块。抽真空，充入氩气保护。升温至九百度。”
在九百摄氏度的高温下，化学置换反应剧烈进行。
活泼的金属镁强行夺走了四氯化锆中的氯原子，生成液态的氯化镁。而失去了氯的锆原子，则在反应炉的底部还原沉积，形成了一团呈现出银灰色多孔状的金属物质——海绵锆。
这些海绵锆随后被送入真空自耗电弧炉中，在数千度的高温电弧下熔化，彻底排出残留的氯化镁气体，最终结晶成纯净的核级锆合金钢锭。
当第一批光亮的锆合金管材从挤压机中被拉伸出来时。
大西北在材料学上，解开了压水堆最难的一把锁。核燃料棒有了完美的透明外衣。
而第二个瓶颈，它出现在流体力学的核心——一回路主冷却剂泵。
在压水堆系统中
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