什么是快堆

      6種第四代堆型中，快堆占據(jù)了一半，中國在建的中國實(shí)驗(yàn)快堆和山東石島灣核電站都是快堆，那么什么是快堆呢？

      快堆是快中子增殖反應(yīng)堆的簡稱。在消耗核燃料的同時(shí)，真正做到核燃料越燒越多，核廢料越燒越少。

      自然界中鈾-235的蘊(yùn)藏量僅占0.66%，其余絕大部分是鈾-238，它占了99.2%。為保證核反應(yīng)正常進(jìn)行，一般輕水堆采用3-4%的濃縮鈾-235為原料，也就是說真正參與核反應(yīng)的原料只有3-4%，余下是會產(chǎn)生輻射的鈾-238核廢料。

實(shí)驗(yàn)快堆結(jié)構(gòu)圖

      快堆不用鈾-235，而用钚-239作燃料，不過在堆心燃料钚-239的外圍再生區(qū)里放置鈾-238。钚-239產(chǎn)生裂變反應(yīng)時(shí)放出來的快中子，被裝在外圍再生區(qū)的鈾-238吸收，變?yōu)殁?239，鈾-239經(jīng)過幾次衰變后轉(zhuǎn)化為钚-239。這樣，钚-239裂變，在產(chǎn)生能量的同時(shí)，又不斷地將鈾-238變成可用燃料钚-239，而且再生速度高于消耗速度，核燃料越燒越多，快速增殖，所以這種反應(yīng)堆又稱“快速增殖堆”。

      快中子堆一般采用氧化鈾和氧化钚混合燃料（或采用碳化鈾-碳化钚混合物），將二氧化鈾與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。

中國快堆試驗(yàn)臺

      鈉冷快堆

      在快堆中，又以鈉冷快堆性能最好，中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）和比爾·蓋茨極力推廣的行波堆技術(shù)都是鈉冷快堆，其安全特性指標(biāo)已達(dá)到第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的要求。同鉛冷快堆和氣冷快堆相比，鈉冷快堆優(yōu)勢明顯：

      鈉原子質(zhì)量大，中子碰撞之后質(zhì)量不損失；鈉的中子吸收截面小，吸收中子不多，不損耗能量；鈉導(dǎo)熱性好，很容易把能量帶走，解決了反應(yīng)堆最怕的過熱問題；鈉的熔點(diǎn)是98℃，但沸點(diǎn)高達(dá)890℃，在通常500℃～600℃的工作環(huán)境中只需兩、三個(gè)大氣壓，安全性好；鈉的比熱大，所以鈉冷堆的熱容量大，在中國實(shí)驗(yàn)快堆中，8米直徑的反應(yīng)堆用了260噸的液態(tài)鈉，只需要兩層25毫米外壁的殼進(jìn)行防護(hù)；鈉沒有毒性，在工作溫度下對金屬腐蝕性小。

      所以鈉是快堆的一種很好的冷卻劑。世界上正在建造的和計(jì)劃建造的大多是鈉冷快堆。

      中國實(shí)驗(yàn)快堆于2000年5月開工建設(shè)，2010年7月21日首次達(dá)到臨界。中國成為繼美、英、法等國之后，世界上第8個(gè)擁有快堆技術(shù)的國家。截至2014年12月，中國實(shí)驗(yàn)快堆已經(jīng)累計(jì)并網(wǎng)運(yùn)行438小時(shí)，累計(jì)發(fā)電量超過300萬度，累計(jì)上網(wǎng)電量超過180萬度。