三體軍事 軍情觀察第2307期 （頭條號三體軍事原創，未經授權禁止轉載）
核反應堆並不是一個陌生的詞彙，這個裝置在軍用領域也是一個尖端軍事技術的代表。從1960年代世界上第一座沸水反應堆開始運行以來，這個能產生巨大的能量的裝置已經進入了我們的日常生活，其工作原理主要根據愛因斯坦著名的質能方程，將虧損的質量轉化為能量，也就是說核反應方程式前粒子的總質量要大於核反應之後的粒子總質量，雖然質量虧損非常非常微小，但是後面還有一個光速的平方，因此這是一個巨大的能量值，當虧損質量轉化為能量後，其中大部分是以熱量的形式存在，少部分為輻射形式體現。如果按一個鈾235裂變的情況看，可釋放出200兆電子伏特的能量，1g多的鈾235裂變釋放的能量相當於3噸高純度煤燃燒所釋放的能量。
圖註：文殊快中子增殖反應堆：通過美日原子能合作協議和國際間的合作，日本的鈽儲備量一直在增加，並利用文殊快堆建立起鈽的提取利用計劃
圖註：核反應堆內部情景
由此可以看出，核反應堆顯然要比火力發電站來得高效，但是核反應堆的類型有很多種，根據不同的情況可以將核反應堆進行不同程度或者級別的分類，目前我們聽得最多的要數輕水核反應堆、壓水反應堆、重水反應堆等，比如大亞灣核電站1號和2號壓水堆、秦山第二核電站的壓水堆、秦山三核電站的重水堆等，事實上輕水堆和重水堆是按核反應堆冷卻劑和慢化劑的類型來劃分，其中還有石墨堆，朝鮮寧邊的5兆瓦堆就屬於石墨減速反應堆，而輕水堆還可以分為壓水堆和沸水堆。除了輕水、重水以及石墨堆外，按冷卻劑和慢化劑劃分還可延伸出液態金屬冷卻堆，著名的阿爾法級攻擊型核潛艇設計方案中明確指出了使用液態金屬鈉為冷卻劑的液態金屬冷卻劑反應堆。如果將核反應堆按照中子的能量分類，那麼可以分為快中子反應堆、熱中子反應堆等，基本上劃分區間點在0.1兆電子伏以及1兆電子伏。
正是快中子反應堆的出現，使得鈾資源的利用率得以極大地提高，但是一些國家也開始通過建設快中子反應堆來進行核武器的研發，比如日本。說起日本的核武器製造能力，幾乎所有人都認為日本擁有製造核彈的工業基礎，唯一的問題是日本何時能建造出核彈。其實核武器的設計、工作原理是非常透明的，並不是什麼絕密的內容，對於日本而言，製造工藝上存在的問題不大，關鍵在於核材料的獲得，目前最普及的核武器製造原料為鈾235和鈽239，之前有新聞披露美國要求日本歸還331公斤的武器級鈽，這批武器級鈽可製造大約40至50枚核彈。
圖註：日本主要核電廠和核廢料處理中心
圖註：武器級鈽可生產核彈
圖註：鈽239核材料
日本這個島國除了火山和地震外啥都缺，因此發展核武器的難度受限於核燃料，在日本的鈾礦資源還是有的，但總量很少，保守估計在千噸這個數量級，根據外界的統計，日本鈾礦儲備量在6000噸左右，其中包括天然鈾和貧鈾，還有50噸左右的鈽，這些鈽如果全部用於製造核彈頭，至少在7000枚以上，此外濃縮鈾的儲備就更多了。日本從1954年開啟核計劃，1966年第一座商用核電站開始運行，現在全日本有50多座核電機組，每年鈽產量在5噸左右。鈽對於日本而言是極為重視的，青森縣六所村有個著名的核燃料再處理設施，如果把這座核廢料再處理設施提煉的鈽全部用於製造核彈頭，每年製造出的核彈頭數量甚至可達到三位數。除了鈽元素外，日本也投入大量的財力用於鈾產品的開發，武器級的濃縮鈾需要達到90%以上，日本很早就擁有了濃縮鈾的技術，比如六氟化鈾就是一種可以製造濃縮鈾的原料之一。
圖註：日本福島核電站事故
日本有著大量的核電站機組，福島核電站事故雖然對日本核發展有著不小的衝擊，但是仍然沒有擋住日本獲得鈽的決心，全球民用鈽存量大約在250噸左右，日本則擁有50噸左右，這個數字仍然在增長，日本核燃料製造的策略是通過再處理技術提煉出所需要的鈽，並且方便進口更多的鈾，將乏燃料中存在鈽和還沒有被充分利用的鈾進行再處理，雖然這些僅為反應堆級的鈽，但是其也能用於製造核彈頭。
對日本鈽儲備有著重要貢獻的要數快中子反應堆，首先要知道核裂變反應的過程。核裂變反應是一個重原子核吸收一個中子後產生兩個輕原子核，該過程可伴隨著大量能量釋放，鈾235在慢中子轟擊時可釋放出2個中子，這些中子又繼續引起裂變反應的發生，這就是鏈式反應。熱中子介入的反應中裂變反應物為鈾235和鈽239，這是兩種非常重要的核燃料，自然界中只有鈾235，而鈽239隻能通過核反應獲得，如果能大力發展鈾235核燃料的反應堆，就能夠產生更多的鈽239。日本有著相當數量的壓水堆，因此需要配合鈉冷快中子反應堆，這樣可以將核廢料重新利用起來，並且生產出鈽239。頭條號三體軍事原創，未經授權禁止轉載。
圖註：日本柏崎刈羽核電站
為了產生更多的鈽239，就需要通過快中子反應堆，那麼快中子反應堆是何物？事實上快中子反應堆是以鈽239和鈾238為燃料，其中鈽239為裂變燃料，而鈾238為增殖燃料，當快中子轟擊鈽239的原子核時，裂變反應開始進行，一個鈽239核不僅可以產生維持鏈式反應的中子數，還可以「盈餘」中子數，這些中子被鈾238所捕獲，於是就形成了鈽239，更為神奇的是快中子堆新產生的鈽239居然比堆內消耗的鈽239還多，這就是「增殖」，不僅增加了產生了能量還能使基礎的核燃料增殖。如果從基本技術特點上看，快堆的熱效率要比壓水堆高，快堆的堆芯出口溫度可以達到500攝氏度以上，壓水堆在300攝氏度左右，壓水堆的冷卻劑和慢化劑為水，快堆的冷卻劑為鈉。頭條號三體軍事原創，未經授權禁止轉載。
快堆的最大特點是消耗了裂變燃料，如鈾235和鈽239，核反應後又產生出更多的鈽239，為什麼會這樣呢？其實真正被消耗的是鈾238，鈾238在天然鈾中含量達到99%以上，這些鈾238吸收中子後就變成了鈽239，從民用核燃料的利用上看，快中子堆解決了核廢料的處理難題，同時也使得我們利用裂變性核原料的基數呈指數倍增加，大量的鈾238被利用起來；從核武器的製造上看，鈽239是可以用來製造核彈的，邊發電邊增量，何樂而不為！
圖註：全日本核電機組全部運轉起來後，乏燃料的數量是相當可觀的，其中至少存在1000噸以上的鈾，作為核反應堆的「殘渣」，乏燃料其實並不「渣」，其中存在鈾235和鈾238，還有鈽的同位素以及多種裂變反應後產生的元素，比如銫等
從1961年開始，日本在快堆研製上的步伐就明顯加快，要知道日本的第一座核反應堆原型堆JDPR示範也是在1963年投入使用，日本第一臺商業性質的核電機組在1966年運行，為160兆電子伏的氣冷堆，進入90年代後，日本直接去澳大利亞找鈾礦，並進一步在對乏燃料進行再處理，從中提取出鈾和鈽，當前日本的快堆實驗主要基於常陽實驗堆和文殊堆。常陽堆為100兆瓦級，其定位為快速中子輻射堆；文殊堆於1994年建成，熱功率700兆瓦，這一個很神奇的示範快堆，1995年就發生了鈉洩露，之後停堆14年，並在2010年重新啟動，但是又馬上發生了中繼裝置墜落，再次停堆。日本之所以非常器重這兩個快堆，原因在於其能夠產生武器級的鈽，也可以認為這個是超級鈽，其不僅能用於造核彈頭，還可以用於核彈頭的小型化。
使用鈽熱發電是日本曾經發展核電的設想之一，其主要在輕水堆中發展，背景在於快堆實驗的出現了問題，其中就有文殊堆的問題。在這一設想下，福島第一核電站第三機組就是使用鈽熱發電，為鈽的混合氧化物，當福島第一核電站1號至4號機組報銷之後，鈽燃料的問題就顯得比較嚴重，同時也造成了日本核電機組減少至51臺，但日本核電的裝機容量仍然是全球第三。頭條號三體軍事原創，未經授權禁止轉載。
圖註：福島第一核電站第三機組就是使用鈽熱發電，為鈽的混合氧化物，當福島第一核電站1號至4號機組報銷之後，鈽燃料的問題就顯得比較嚴重，同時也造成了日本核電機組減少至51臺，但日本核電的裝機容量仍然是全球第三
日本的核武能力除了在中子快堆上有所體現外，其乏燃料的再處理工廠是一個更大的核燃料來源。全日本核電機組全部運轉起來後，乏燃料的數量是相當可觀的，其中至少存在1000噸以上的鈾，作為核反應堆的「殘渣」，乏燃料其實並不「渣」，其中存在鈾235和鈾238，還有鈽的同位素以及多種裂變反應後產生的元素，比如銫等，其中鈽239也有一定的含量，日本不僅消耗全日本核反應堆產生的乏燃料，還從英法等國吸收乏燃料，將英法的乏燃料運到本國進行再處理，其中青森縣六所村的再處理工廠可年處理能力超過800噸，1999完成乏燃料和再處理倉庫的建造。通過美日原子能合作協議和國際間的合作，日本的鈽儲備量一直在增加，並利用文殊快堆建立起鈽的提取利用計劃。
圖註：日本常陽堆在1977年首次臨界
長期以來日本的核電發展上給予了極大的投入，並形成了一整套的研究體系，在下一個10年內，日本還將發展先進沸水堆、先進壓水堆以及快中子反應堆，尤其是在快中子反應堆的開發上是日本核計劃最主要的發展方向，在2020年代至2030年代將實現快中子反應堆的商業化的示範性應用，後續將建成商業化的快堆機組。
常陽堆在1977年首次臨界，後續的文殊堆的加入使得日本在快中子反應堆的研究上有了進步，此外日本在乏燃料的存儲和再處理上也是大手筆，六所村再處理與陸奧存儲工廠是再處理、乏燃料存儲的關鍵之處，保守估計陸奧存儲工廠能吸收大約5000噸以上的乏燃料，六所村的再處理與乏燃料存儲綜合設施的儲量更加驚人，乏燃料的存儲能力可破萬噸，日本在核彈頭的開發上缺少的僅僅是時間。頭條號三體軍事原創，未經授權禁止轉載。