
【化】 decay heat
decline; wane
【醫】 calescence
衰變熱(Decay Heat),英文術語為Decay Heat,指放射性核素在衰變過程中釋放出的熱能。這種熱量并非來自核裂變鍊式反應,而是源于裂變産物或活化材料衰變時釋放的能量。以下是其核心含義及特性的專業解析:
放射性原子核(如鈾-235裂變後的産物)自發衰變時,會釋放α粒子、β粒子或γ射線。這些粒子/射線與周圍物質相互作用,将動能轉化為熱能。衰變熱的大小取決于:
持續性與衰減規律
衰變熱無法人為關閉,其功率衰減符合放射性衰變定律。典型衰減公式為:
$$ P(t) = P_0 cdot left( a cdot t^{-b} right) $$
其中 ( P_0 ) 為停堆時功率,( t ) 為停堆時間,( a, b ) 為經驗常數(與燃料類型相關)。
工程安全意義
核反應堆停堆後,衰變熱仍需持續冷卻,否則可能導緻燃料過熱甚至熔毀(如福島核事故的主因之一)。現代核電站設計需滿足72小時非能動冷卻 能力以應對此風險。
《核電廠安全設計導則》(SSG-30)明确要求衰變熱移除系統必須滿足單一故障準則。
技術文件《Decay Heat Power in Nuclear Reactors》提供了标準計算方法(ANSI/ANS-5.1-2005)。
Todreas, N.E. 與 Kazimi, M.S. 所著《核系統熱工水力學》系統論述了衰變熱在反應堆安全分析中的模型。
術語背景:
"衰變熱"是核工程安全領域的核心概念,其漢英術語對應嚴謹。中文強調"衰變"的能量釋放本質(衰變),英文"decay heat"直指衰變過程(decay)與熱能形式(heat),兩者均準确傳遞了物理内涵。
衰變熱是核反應堆停止運行後,由放射性物質的衰變過程持續釋放的熱量。以下是詳細解釋:
衰變熱來源于核裂變産物(如鈾、钚等核燃料的碎片)和中子俘獲産物的放射性衰變。即使反應堆關閉,這些放射性同位素仍會通過釋放β粒子、γ射線等電磁輻射,将部分能量轉化為熱量。
若冷卻系統失效(如福島核事故),衰變熱會導緻堆芯溫度急劇上升,引發氫氣爆炸或堆芯熔融。因此,核電站需設計多重冷卻系統,确保停堆後持續帶走衰變熱。
衰變熱功率隨時間變化的簡化模型: $$ P(t) = P_0 cdot left( 0.066 cdot t^{-0.2} right) $$ 其中,$P_0$為停堆前熱功率,$t$為停堆時間(秒)。
如需更具體數據或事故案例,可參考來源網頁。
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