超長效暖暖包——核燃料

又到了冷空氣一波接一波的冬季,今年「暖暖包」似乎特別熱門。其實核能(核分裂)發電用的燃料,和暖暖包也有幾分類似,都是以很小的體積,緩慢而穩定地釋放能量

暖暖包的原理
「暖暖包」的主要成分是鐵粉與適當的催化劑,利用鐵粉與空氣中的氧氣進行氧化反應時產生的熱(化學能)達到效果。同樣的原理也用在一些食品包裝中的「脫氧劑」,就是開封與空氣接觸後會變得熱熱的那一小包,只是脫氧劑的目的是去除包裝中的氧氣(使氧與鐵粉結合變成氧化物),延長食品保存時間。

酒精濃度問題
很多人會拿啤酒與高粱酒來比喻發電用和武器級的核燃料,啤酒的酒精濃度非常低,不可能在正常情況下像含高度酒精的酒類一樣被點燃;藉以說明發電用的核燃料只會持續釋放能量,不會如同武器級的核燃料般劇烈釋放能量。這點暖暖包也是很不錯的例子——煙火等特殊用途的火藥或燃燒劑,也常見以金屬與氧化劑組成;暖暖包的成分雖然也是鐵粉與促使其氧化的催化劑,但這樣的配置不可能拿來當成火藥使用——就和發電用的核燃料,無法拿來當作核子武器一樣,都有著非常大的技術差距。

暖暖包之於核燃料
正常使用的暖暖包,除了需要一些氧氣進入袋中參與反應外,反應後的產物也都還是封裝在袋子內。核燃料也是如此,核分裂使用的核燃料封裝在特製的燃料棒或燃料球內*,藉由中子進入封裝內部引發連鎖反應釋放能量,反應過程、反應後的物質都是穩定地在燃料封裝內,較其他氣態、液態的廢棄物容易處理。
* : 未來可能會有熔鹽狀態的燃料,但反應後也還是不會亂跑的鹽類。

上圖是一個普通的暖暖包,還有一個核友製作的放射性廢棄物儲存桶軟質填充模型。很有意思的是這個儲存桶模型的體積,如果換成發電用的核燃料,比供應平均一個人一生用電所需要的核燃料體積還要大一些*,而且就和暖暖包一樣,使用過後還是完整的封裝;若考量用過燃料再處理、滋生反應器、行波反應器等技術,這個體積將再大幅縮小到和一個普通暖暖包差不多的程度。
因此核能相當於每人有一個可以供應一輩子的用電的暖暖包,用完之後也還是一個完好包裝的暖暖包,相較於其他能源的排放或是廢棄物處理,可以說是對環境相當友善的。
* : 根據不同國家或地區計算,平均一個人一生的用電量如果都使用核能發電產生的話,需要90~100餘立方公分的燃料,圖片中的儲存桶模型體積約150立方公分。

貼心提醒
使用暖暖包,請注意包裝上標示的正確使用方式,避免灼傷或其他危險。

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