d快堆核電站

1、1.2.51.2.5快堆的發(fā)展指日可待快堆的發(fā)展指日可待快中子反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱快堆，是堆芯中核燃料裂變反應(yīng)主要由平均能量為0.1Mev以上的快中子引起的反應(yīng)堆?？熘凶佣岩话悴捎醚趸櫤脱趸谢旌先剂希ɑ虿捎锰蓟櫶蓟谢旌衔铮瑢⒍趸櫯c二氧化钚混合燃料加工成圓柱狀芯塊，裝入到直徑約為6毫米的不銹鋼包殼內(nèi)，構(gòu)成燃料元件細(xì)棒。燃料組件是由多達(dá)幾十到幾百根燃料元件細(xì)棒組合排列成六角形的燃料盒(見(jiàn)圖1.2.17)?？於讯研九c一般的熱中子堆堆芯不

2、同，它分為燃料區(qū)和增殖再生區(qū)兩部分。燃料區(qū)由幾百個(gè)六角形燃料組件盒組成。每個(gè)燃料盒的中部是混合物核燃料芯塊制成的燃料棒，兩端是由非裂變物質(zhì)天然（或貧化）二氧化鈾束棒組成的增殖再生區(qū)。核燃料區(qū)的四周是由二氧化鈾棒束組成的增殖再生區(qū)。反應(yīng)堆的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)由插入核燃料區(qū)的控制棒進(jìn)行控制?？刂瓢舨迦氲蕉研救剂辖M件位置上的六角形套管中，通過(guò)頂部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)。由于堆內(nèi)要求的中子能量較高，所以快堆中無(wú)需特別添加慢化中子的材料，即快堆中無(wú)慢化劑。目前快堆

3、中的冷卻劑主要有兩種：液態(tài)金屬鈉或氦氣。根據(jù)冷卻劑的種類，可將快堆分為鈉冷快堆和氣冷快堆。氣冷快堆由于缺乏工業(yè)基礎(chǔ)，而且高速氣流引起的振動(dòng)以及氦氣泄漏后堆芯失冷時(shí)的問(wèn)題較大，所以目前僅處于探索階段。鈉冷快堆用液態(tài)金屬鈉作為冷卻劑，通過(guò)流經(jīng)堆芯的液態(tài)鈉將核反應(yīng)釋放的熱量帶出堆外。鈉的中子吸收截面?。粚?dǎo)熱性好；沸點(diǎn)高達(dá)886.6℃，所以在常壓下鈉的工作溫度高，快堆使用鈉做冷卻劑時(shí)只需兩、三個(gè)大氣壓，冷卻劑的溫度即可達(dá)500600℃；比熱大，

4、因而鈉冷堆的熱容量大；在工作溫度下對(duì)很多鋼種腐蝕性小；無(wú)毒。所以鈉是快堆的一種很好的冷卻劑。世界上現(xiàn)有的、正在建造的和計(jì)劃建造的都是鈉冷快堆。但鈉的熔點(diǎn)為97.8℃，在室溫下是凝固的，所以要用外加熱的方法將鈉熔化。鈉的缺點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)活潑，易與氧和水起化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)蒸汽發(fā)生器管子破漏時(shí)，管外的鈉與管內(nèi)泄漏的水相接觸，會(huì)引起強(qiáng)烈的鈉水反應(yīng)。所以在使用鈉時(shí)，要采取嚴(yán)格的防范措施，這比熱堆中用水作為冷卻劑的問(wèn)題要復(fù)雜得多。按結(jié)構(gòu)來(lái)分，鈉冷快堆有兩

5、種類型，即回路式和池式?；芈肥浇Y(jié)構(gòu)就是用管路把各個(gè)獨(dú)立的設(shè)備連接成回路系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備維修比較方便，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜易發(fā)生事故。與一般壓水堆回路系統(tǒng)相類似，鈉冷快堆中通過(guò)封閉的鈉冷卻劑回圖1.2.17塊堆燃料棒與塊堆組件環(huán)路，包括四臺(tái)鈉泵和八臺(tái)中間熱交換器都放在鈉池內(nèi)。增殖比可達(dá)1.2；功率密度為285千瓦升；熱能利用效率達(dá)到41％?，F(xiàn)將快中子對(duì)核電站的主要特點(diǎn)歸納如下：1.1.可充分利用核燃料可充分利用核燃料我們知道，鈾－235在天然鈾

6、中只占0.724％。在熱堆中，不可能完全耗盡燃料里的鈾－235。由于后處理投資大、費(fèi)用高等原因，目前還主要是采用“一次通過(guò)”的方式，燃料元件在反應(yīng)堆內(nèi)“燒”過(guò)后，就存放在反應(yīng)堆旁的貯存水池內(nèi)。對(duì)于使用濃縮鈾的反應(yīng)堆，在濃縮鈾廠的尾料中，還會(huì)剩余一部分鈾－235。所以大多數(shù)熱堆，只能利用天然鈾中一半的鈾－235。當(dāng)然，熱堆中鈾－238吸收中子轉(zhuǎn)化生成的钚－239也可以裂變，這就意味著天然鈾中的鈾238也有消耗；且有極少一部分鈾－238能被

7、尚未來(lái)得及慢化的快中子擊中而裂變。即使將鈾238的消耗考慮在內(nèi)，目前的熱中子動(dòng)力堆對(duì)鈾的利用率也還低于1％。對(duì)于快中子堆來(lái)說(shuō)情況就大不相同了。由于天然鈾中的鈾238作為可轉(zhuǎn)化材料，能在快堆中轉(zhuǎn)化為易裂變材料钚239，所以理論上通過(guò)乏燃料的后處理，快中子堆可以將鈾－235、鈾一238及钚—239全部加以利用。但由于反復(fù)后處理時(shí)的燃料損失及在反應(yīng)堆內(nèi)變成其它核素，快堆只能利用70％以上的鈾資源。即使如此，也比目前的熱堆對(duì)核燃料的利用率提高8

8、0倍。由于快堆對(duì)核燃料的品位不如熱堆那么敏感，因而品位低的鈾礦也有開(kāi)采的價(jià)值，海水提鈾對(duì)于人們的吸引力也大得多。而且目前濃縮鈾廠庫(kù)存的貧鈾，熱堆中卸出的乏燃料，都可以成為快堆的糧食來(lái)源。由于這些原因，快堆能夠給人類提供的能量，就不止比熱堆大八十倍，而是大幾千倍，幾萬(wàn)倍，幾十萬(wàn)倍。2.2.可實(shí)現(xiàn)核燃料的增殖可實(shí)現(xiàn)核燃料的增殖當(dāng)前反應(yīng)堆的主要問(wèn)題是，必須采用行之有效的措施，從根本上消除目前的熱堆對(duì)鈾資源的浪費(fèi)，使包括鈾一238在內(nèi)的鈾資源，

9、能在反應(yīng)堆中得到充分的利用。只有采用能使核燃料增殖的，以鈾——钚循環(huán)為基礎(chǔ)的快堆，才是擺脫即將面臨的鈾資源日益枯竭困境的出路。在快堆中由于沒(méi)有慢化劑，再加上堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑及各種裂變產(chǎn)物對(duì)快中子的吸收幾率很小，因此中子由于寄生俘獲造成的浪費(fèi)少。此外，钚－239裂變放出的中子多，鈾一238在快堆中裂變的幾率也大。所以每當(dāng)有一個(gè)钚239核裂變，除了維持自身鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，放出大量裂變能外，還可以剩余1.2到1.3個(gè)中子，用來(lái)使鈾－238轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

10、新的钚一239。這就是說(shuō)，在快堆內(nèi)只要添加鈾－238，核燃料就越燒越多，這種情況稱為核燃料的增殖。這是快堆與目前的熱堆的主要區(qū)別，也是快堆的主要優(yōu)點(diǎn)。因此快堆又稱增殖堆或快中子增殖反應(yīng)堆。在快堆中，增殖比可達(dá)1.2到1.3。在重水堆和輕水堆中，相應(yīng)的值（稱之為轉(zhuǎn)換比）僅分別接近0.8到0.6。從某種意義上說(shuō)，熱堆核電站是消耗核燃料生產(chǎn)電能的工廠，而快堆核電站則是可以同時(shí)生產(chǎn)核燃料和電能的工廠。由于快堆僅在啟動(dòng)時(shí)需要投入核燃料，由于快堆中