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關于核電站的《核電站一天吃掉多少鈾？算完了才不會“驚”掉下巴？》的文章都發出很久了，至今還有很多人回復問各種問題。其中有一個問題就集中在“燃料芯塊反應度”上面。

通常的情況下是可以依靠化學方式來估算芯塊反應程度的，這個事情其實并不難解釋。但如果想把它弄明白就需要知道核反應的實質是什么。在核反應過程中，很多人都會張嘴就來“裂變”、“鏈式反應”……但其實這個過程還有一個更為神棍的術語叫做“嬗變”（transmutation）。

為什么說這個詞神棍呢？這是一個早在煉金術士橫行的年代里面就被造出來的高科技詞匯。當時煉金術士追求能夠進行“金變”的點金石——將賤金屬轉化為黃金。

transmutation一詞當時就專指一種賤金屬轉換為貴金屬的過程。雖然煉金術士通常將“嬗變”理解為一種神秘或宗教過程的隱喻，但一些從業者采用了字面解釋，試圖通過物理實驗來提煉黃金。自中世紀以來，煉金術士、哲學家和科學家一直在爭論金屬嬗變的不可能性。從 14 世紀開始，偽煉金術嬗變被取締并受到公開嘲笑。邁克爾·邁爾和海因里希·昆拉斯等煉金術士撰寫了論文，揭露了有關黃金制造的欺詐性說法。到了 18 世紀 20 年代，再也沒有任何受人尊敬的人物研究將物質物理嬗變成黃金。

在1958年出版的《原子的先驅研究：弗雷德里克·索迪的生平故事》記錄著這一段情節“1901年，弗雷德里克·索迪與歐內斯特·盧瑟福共同發現放射性釷可以轉化為鐳，這才首次將其有意識地應用于現代物理學。索迪后來回憶說，在頓悟的那一刻，他大喊道：‘盧瑟福，這就是嬗變！’盧瑟福厲聲反駁道：‘看在上帝的份上，索迪，別叫它嬗變。他們會砍掉我們煉金術士的腦袋的。’”

“嬗變”特指由一種元素轉變為另一種元素。這里就和“核反應”的結果可以對得上號了，現在嬗變是指一種化學元素或同位素轉化為另一種化學元素的過程。嬗變發生在原子核中質子或中子數量發生變化的任何過程中。

其實，我們現在所熟悉的元素周期表，并不應該是一個平面，而是三維、四維或者者五維的，這樣才可以更好的表現出不同元素以及同位素的周期特性。常見的元素周期表在科研中就有點小兒科了。當然了現在都3NF（Normal Forms）了，也就沒啥常規的表不表的概念了。

知道這點之后，我們就可以簡單的理解嬗變是一種元素轉化為另一種元素。那么我們回過頭看核反應：

一枚鈾-235的原子核捕獲了一枚中字，釋放出能量和兩個中子以及裂變成一個鋇原子核和一個氪原子核。很多人都是這樣說的吧？

現在問題來了——當我們把一個杯子摔在地上后，我們很難保證一個杯子每次都裂成兩個相同的裂片吧？

所以，鈾-235吸收中子后會裂成鋇和氪？不，僅僅是可能裂成鋇和氪。更多時候，它是隨緣爆開成一堆亂七八糟的放射性碎片，什么鍶、氙、碲、銫、銣……能搞出一整張“反應堆里的新周期表”。

鋇和氪僅僅是為了教學示意而采用的典型裂變路徑。在上世紀40年代最早研究核裂變時（哈恩與史特拉斯曼實驗），最早發現的裂變產物之一就是鋇（Ba）。所以現在很多教材中就常用這一組來做例子。

讀到這里，如果真的是W君的鐵粉，以后人家問道核裂變反應中會生成什么原子，那么標準答案是啥？千萬別說“鋇和氪”，而是應該說“鬼知道會生成啥！”

那么為什么大家還是那么頭鐵說是鋇和氪呢？這主要是一個統計學規律

鈾-235捕獲中子裂變后碎片一組集中在質量數 95 左右（輕碎片）、一組集中在質量數 135 左右（重碎片）表示鋇的95和表示氪的137恰好在中位數上，所以大家就一直這么念叨了。

既然知道了鈾-235這只玻璃杯裂變后的碎片大多是什么，那么我們就可以通過數碎片的方法來判斷碎了多少玻璃杯——理論上是這樣的吧？

在核反應堆工程領域中，這就叫做燃后分析（Post-Irradiation Examination，簡稱 PIE）。在這個過程中，反應堆中的燃料芯塊被取出來，技術人員會把用過的燃料棒切成幾段，再逐段溶解，用一套花里胡哨的濕法化學、離子色譜、ICP-MS 之類的手段，把每段里剩下的 U-235、生成的 Pu-239、Pu-240、裂變產物 Nd-148、Cs-137、Sm-149 全都測一遍。

這就好比，你有一盒玻璃杯，摔在地上，你可以數出剩下了多少的完整的杯子，但也可以去數一數有幾個完整的杯底碎片，同樣也是可以知道摔碎了多少玻璃杯。

這個過程反推過來放在PIE的領域中，就是一個“化驗”的操作過程了。

當然了，大多數化驗用的靶向元素往往還帶有放射性，在一定時間內會進行衰變，再次轉化為其他元素，這個過程會讓實驗出現一定的偏差。不過，由于有之前的數據積累，是可以進行一些修正的。基于數據積累，其實還可以利用一類叫做中子輸送程序的模擬器來模擬核電站的燃料消耗情況。

這種程序在保證了前期燃料芯塊的質量數據合格的情況下，很容易去用來估算核電站的燃料芯塊使用情況。也就減少了一堆工程師窩在那里“手摸”乏燃料的操作。