重水，是一種核子構(gòu)成和輕水進(jìn)入不同的“水”，標(biāo)準(zhǔn)的重水是2個(gè)氘原子（氫的同位素，一個(gè)質(zhì)子一個(gè)中子，也叫重氫）和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氧原子構(gòu)成。由于重水的氫原子中含有1個(gè)中子，使得重水作為中子減速劑時(shí)并不會(huì)吸收中子，使得核反應(yīng)更加平穩(wěn)，同時(shí)也有更多幾率形成其他的衍生物，如钚239，或者通過(guò)輻射鈷59形成鈷60等。因此，重水作為中子減速劑的作用發(fā)現(xiàn)后，各國(guó)立即對(duì)重水進(jìn)行了深入研究。
最早提出利用重水作為減速劑的國(guó)家是德國(guó)，但是德國(guó)人的計(jì)劃并不保密，導(dǎo)致他們?cè)谂餐闹厮S被炸，同時(shí)德國(guó)在這方面上的投資也遠(yuǎn)不如曼哈頓工程，因此德國(guó)到戰(zhàn)敗為止也沒(méi)能搞出足夠的钚，僅獲得了少量濃縮鈾。而美國(guó)則發(fā)現(xiàn)石墨更適合作為減速劑，所以發(fā)明了石墨風(fēng)冷反應(yīng)堆，并成功制造了足夠的钚用于長(zhǎng)崎原子彈。不過(guò)，由于重水的性質(zhì)，它作為核反應(yīng)堆的減速劑仍然非常有效，這就要提到本文的主角——加拿大重水反應(yīng)堆，字母縮寫(xiě)為CANDU。
CANDU獨(dú)有的水平堆芯和冷卻管布局
CANDU6 的結(jié)構(gòu)，中國(guó)秦山三期即是這一款
加拿大重水反應(yīng)堆歷史可以追溯到上世紀(jì)五六十年代。1958年，加拿大第一臺(tái)商業(yè)發(fā)電的重水反應(yīng)堆ROLPHTONNPD開(kāi)始建設(shè)，1962年并網(wǎng)發(fā)電，熱功率92兆瓦，發(fā)電功率25兆瓦。這臺(tái)反應(yīng)堆開(kāi)創(chuàng)了CANDU的基本模式：堆芯和冷卻管道水平布置（其他反應(yīng)堆都是垂直吊裝堆芯），冷卻不用水池，而用的是和堆芯緊密連接的重水管道（這點(diǎn)只有蘇聯(lián)RBMK反應(yīng)堆類(lèi)似，冷卻水通過(guò)管道流經(jīng)石墨堆并冷卻），對(duì)濃縮鈾要求低，甚至可以只用天然鈾，同時(shí)它還可以生產(chǎn)武器用的钚239和其他核物質(zhì)，還可以不停堆更換核燃料，后兩點(diǎn)和蘇聯(lián)的RBMK都是非常相似的，當(dāng)然和他們的冷卻劑——重水和石墨對(duì)中子極低的吸收性是有很大關(guān)系的。
除了堆芯是水平安置外，控制棒，熱交換器和傳統(tǒng)的壓水堆大致一樣
當(dāng)然，讓CANDU大幅出名的正是因?yàn)樗姆θ剂暇邆涮釤掝?39并制造核武的能力。
印度人很早就有發(fā)展核武器的野心，早在印度獨(dú)立前的1944年就開(kāi)始構(gòu)思核武器了。不過(guò)由于印度革命后，印度1948年轉(zhuǎn)向“和平建設(shè)”，核開(kāi)發(fā)一度停止；后來(lái)也經(jīng)過(guò)多次波折，且因?yàn)?968年核不擴(kuò)散條約規(guī)定“1967年1月1日以前為合法持有核武器國(guó)家”，印度發(fā)展計(jì)劃滯后于1967年（1969年才有反應(yīng)堆發(fā)電成功），因此印度人一度猶豫發(fā)展核武器。但是1971年，在第三次印巴戰(zhàn)爭(zhēng)后，印度人覺(jué)察到?jīng)]有核武器無(wú)法保家衛(wèi)國(guó)，于是決定發(fā)展核武器。印度人考慮再三，為了追求盡快引爆核武器展示自己的地位，因此決定和美蘇第一次核試驗(yàn)一樣采用钚239作為核心，因?yàn)轭?39只需要6千克就足夠引發(fā)核爆炸，而且钚239的化學(xué)分離難度低于鈾濃縮。
更重要的是，印度人早就獲取了钚239的生產(chǎn)能力。早在1954年，印度就從美國(guó)和加拿大以“和平研究核能”為名義引進(jìn)了CIRUS重水堆（原理和CANDU完全一致，加拿大負(fù)責(zé)堆芯，美國(guó)出口重水），1960投入使用，年產(chǎn)約10千克钚239；1961年開(kāi)始建設(shè)钚分離設(shè)施，1964完工投產(chǎn)，可以一年處理20噸核燃料；但是在這個(gè)階段，爆發(fā)了1962年中印戰(zhàn)爭(zhēng)，印度戰(zhàn)敗，而英美拒絕與印度合作，印度便投向蘇聯(lián)請(qǐng)求幫助，但由于蘇聯(lián)正忙于應(yīng)對(duì)古巴導(dǎo)彈危機(jī)的后續(xù)影響，因此沒(méi)空搭理尼赫魯。盡管如此，1969年蘇聯(lián)仍然讓印度人參觀了蘇聯(lián)的快堆設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，在1960年代的印度核反應(yīng)堆建設(shè)大潮中，印度人已經(jīng)獲得了加拿大發(fā)電用CANDU的技術(shù)。雖然印度將它稱(chēng)之為“水平壓力管反應(yīng)堆”，但是除了CANDU外沒(méi)有任何相同設(shè)計(jì)，因此它也算是CANDU的一種變形（之所以不命名CANDU，很可能是加拿大受制于美國(guó)壓力，不敢公開(kāi)出售有核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)的重水堆給當(dāng)時(shí)尚是蘇聯(lián)盟友的印度，因此只出口了技術(shù)）。該堆1965年開(kāi)始建設(shè)，1972年試運(yùn)行，1973商業(yè)發(fā)電。
在經(jīng)歷了連續(xù)的波折之后，印度終于在1972年堅(jiān)定決心開(kāi)發(fā)核武器。憑借著早就建成的乏燃料再處理設(shè)施，他們把之前攢的钚239都拿出來(lái)，制造了一個(gè)核彈基本模型，并命名為“笑佛行動(dòng)”，在1974年5月18日釋迦牟尼佛誕辰日引爆。這枚炸彈用了之前CIRUS反應(yīng)堆攢下的6千克钚239，整體約1.5噸，埋在107米下的地下，成功引爆。印度公開(kāi)的數(shù)據(jù)約是1.2萬(wàn)噸，不過(guò)這可能是為了“和中國(guó)較勁”（因?yàn)橹袊?guó)1964年的第一次核爆威力也差不多是1.2萬(wàn)噸），20年后印度人承認(rèn)這次僅有8000噸，但無(wú)論如何已經(jīng)是一枚成功的核彈頭。
在此之后，由于CANDU和CRIUS有很多的相似點(diǎn)，這種反應(yīng)堆的銷(xiāo)售開(kāi)始受到管制。不過(guò)，鑒于CANDU有很強(qiáng)的輻射嬗變能力，引進(jìn)一臺(tái)CANDU不但能減少昂貴的濃縮鈾使用量（只需要天然鈾就可以），而且可以改裝作為燃燒其他壓水堆乏燃料，或者生產(chǎn)同位素輻射器械的反應(yīng)堆，因此仍然很多國(guó)家熱衷購(gòu)買(mǎi)這個(gè)類(lèi)型反應(yīng)堆。在上世紀(jì)八十年代以前，加拿大成功把它推銷(xiāo)到了羅馬尼亞，韓國(guó)，阿根廷和巴基斯坦，但蘇聯(lián)解體后，除了中國(guó)在秦山三期引進(jìn)兩臺(tái)該反應(yīng)堆外，就沒(méi)有新的國(guó)家進(jìn)入CANDU的使用名單了。
CANDU在中國(guó)的發(fā)展也是非常受到歡迎的，因?yàn)樗泻軓?qiáng)的嬗變能力，國(guó)內(nèi)在2018年9月，首次利用該堆量產(chǎn)百萬(wàn)居里的鈷60放射源，并出口海外，打破了國(guó)內(nèi)輻射元器件依賴(lài)進(jìn)口的局面，未來(lái)，隨著進(jìn)一步研究深入，國(guó)內(nèi)勢(shì)必將在重水反應(yīng)堆上取得更多優(yōu)秀成果。
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