核燃料棒竟然没有辐射

      有！但是可以忽略不计，当燃料棒启动了链式反应时候，才有极大的辐射。

在有关核武器、核能、甚至是核事故的新闻和资料中，“核燃料棒”是一个非常常见的名词。核燃料棒是什么？是一根真正的棒子吗？核燃料棒是如何发出核能的？现在笔者就来粗略解释一番。

在说核燃料棒以前，我们先说说天然铀矿。因为天然铀矿是所有核武器工业和核能工业的基础矿藏。

天然铀矿中的铀，是以固体化合物的形式，储存在地球地壳中，地球内部的深处也有铀，但人类目前的技术，只能利用地表以下3000米以内的浅地壳内的天然铀。天然铀在地壳中的含量极低，不到百万分之2.5，比所谓珍贵的金矿的含量还低几个数量级。因此天然铀矿非常珍贵和罕见。世界上天然铀矿储量最大的国家是澳大利亚，其次是加拿大和哈萨克斯坦，中国的天然铀矿储量相对国土面积属于比较贫乏；当然，美国国土内的天然铀矿储量也不高，中美的核电站，未来都需要进口部分铀矿石。

天然铀矿结晶，一般呈现灰绿色或者黄绿色，其中主要可利用的成分是铀235，天然铀的铀235富集度为0.714%，其他99%，是不能再裂变利用的铀238，这就是经常被提到的贫铀，贫铀可以用来做弹芯和贫铀装甲，但贫铀不可能百分百的被提纯，里面仍然混杂含量为千分之几的铀235，仍然具有放射性，因此利用贫铀的风险较大。

这里必须说明，天然铀矿和铀矿石都具有放射性，但这种天然的放射性，并不是特别严重。大型天然铀矿周边，仍然会正常的生长动植物和有人类生存，并不会因为某地出产天然铀矿，而导致这个矿周边几十里寸草不生。只有通过专用的放射性检查仪器，才能发现铀矿床附近的放射指标，高于没有放射性矿物的地区。

有铀矿床的地区，放射指标只会比普通地区高一到两倍，对常年居住在此的人类的影响非常有限。只是一些和放射性有关联的疾病，略微比其他地区高。比如，假设正常地区的出现白血病患者的概率是每十万人3例。那么铀矿附近居民的患病概率是每十万人4例左右。

因为天然铀矿的放射性较低，开采和提炼过程，对直接接触铀矿石的矿工影响也有限，只需正常穿戴工作服和口罩，就可以起到较好的防护作用。

新中国刚刚成立的五十年代，在全国大规模普查天然铀矿，曾经在广西某地最早发现了天然铀矿的原石，这块矿石被称为中国核工业的“开业之石”。并且这块石头，被迅速送到北京怀仁堂，给包括毛主席、周总理在内的最高层现场观看。这个故事也说明天然铀矿放射性很低，对人类是基本安全的。

天然铀矿石之所以相对安全，在于天然铀（有多种同位素）的半衰期是以7亿到几十亿年来计算。天然铀在地球形成后就开始衰变，到现在放射性已经很低。天然铀主要对外偶然性地释放阿尔法射线，这种射线其实就是氢原子的质子核。只需一张A4纸，就可以挡住阿尔法射线。而人的衣服和皮肤都完全可以隔绝阿尔法射线。不会对人体内部组织造成影响。

天然铀矿被开采出来以后，初加工多采用“水冶法”提炼。通俗的讲，就是“加入其他配料水煮”，加工后得到的产品一般是重铀酸铵，呈现黄色块状或者粉末状，俗称“黄饼”。黄饼的放射性仍然较低，加工工人仍然只需穿戴防护级别较低的工作服。

黄饼提纯后，再被送到专门的铀浓缩工厂，加工成六氟化铀，采用气体离心机提高纯度。当铀浓度被提高到4%左右，再把这种铀混合物粉末，烧结成的二氧化铀陶瓷芯块（相当于把陶土烧成陶瓷）。铀瓷芯块为直径1厘米，高度1厘米的圆柱体。几百个芯块叠在一起装入直径1厘米，长度约4米，厚度为1毫米左右的细长锆合金材料套管内，最终制成一根可以进入反应堆进行“核燃烧”的燃料棒。

加工后的二氧化铀陶瓷块的放射性仍然不高，甚至还可以被加工工人用手直接拿起了。

打个通俗的比喻：若我们把二氧化铀燃料块，看做一块还没有放进炉子里燃烧的“煤块”，那么这种“煤块”，即不烫手也不会烫人——即辐射性仍然较低。但一旦把这些“煤块”放进核炉子里（即反应堆）中“点燃”，被烧的通红，那么他们就非常危险了，绝对不能再直接无防护接近。因为辐射性被“点燃了”，而且核反应后的燃料棒里，将产生非常多的具有极强放射性的新元素，比如镭、钚、钴等等！切尔诺贝利和日本福岛的核事故之所以致命，就是因为他们都是在大批核燃料棒被烧的通红，放射性最强的时刻，被炸的到处都是！

即使把取出的乏燃料棒冷却几年，仍然具有很强的放射性——等于这些特殊的“煤块”，一旦被点燃，是很难自然熄灭的。这么理解，就比较容易。

反应堆中的核燃料棒，是先几十根集中在一起，放入一个长方框框架束缚起来，再把多个方框排列好，依次放入反应堆的核心。可以理解成“把多根柴捆绑成一捆柴”，然后再把157或者177捆柴火，一起竖着放进“炉膛里燃烧”。

这些燃料棒群中间，还穿插插入石墨减速棒群。石墨可以吸收中子，根据插入的深浅，决定核反应的核反应功率——若石墨棒全部升起（抽出），则反应堆进入全功率核反应，但由于铀浓度很低，也不到临界体积，并不会引发原子弹式的核爆炸。

若把石墨棒群完全插入燃料棒群之间，则反应堆会很快停止链式反应，这就是停堆。

停堆又分为紧急停堆和换料停堆。紧急停堆是由于自然灾害或者事故发生；而换料是正常停堆。停堆后，打开反应堆核心容器的上盖，再用反应堆上方的吊车，将燃料棒方框一块块抽出、吊起来，再移入冷却水池冷却，然后给堆芯装入全新的燃料棒方框。民用核电站的每个反应堆，一两年内就要全面更换新的燃料棒。

我们都知道，点煤炉子要用引火柴。核反应堆同样需要最初的“点燃棒”，这就是采用一根或者几根铀浓度达到10—20%的特殊燃料棒，插入低浓度的燃料棒中间，“点燃”其他燃料棒。其原理是，利用高浓度燃料棒产生的频率更高的中子辐射，来引发其他燃料棒的链式反应，很像点煤炉子用木柴引燃。