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核电的新一代快堆电站

发布时间:2019-06-18 10:59:40

核电的新一代——快堆电站

一、什么是快堆?

“快堆”是快中子反应堆的简称,先从什么是反应堆谈起:中子打入铀-235(U235)的原子核以后,原子核就变得不稳定,会分裂成两个较小质量的新原子核,这就是核裂变反应。核裂变时,放出巨大的能量,并放出2~3个中子和其它射线。这些中子再打入别的U235核,引起新的核裂变,新的裂变又产生新的中子和能量,如此不断持续下去,这就叫核链式反应。

能产生可控制的持续核链式反应的装置,就是核反应堆,简称反应堆。易裂变物质如铀-233、铀-235、钚-239、钚-241等,裂变时产生的中子,能量很高、速度很快,称为快中子。在反应堆中,人为地装入一定量的含轻原子核(氢、氘、碳、铍等)的物质,如轻水(即普通水)、重水(氚与氧的化合物)、石墨和铍等。由裂变产生的快中子同这些轻原子核碰撞,通过能量传递、速度减慢,直至与周围介质的分子热运动达到平衡。这些经过慢化,与周围介质分子热运动平衡的中子,称为热中子。

主要依靠热中子引起核裂变并维持链式反应的反应堆称为热中子反应堆,简称热堆。按人为放入堆中的慢化中子的物质不同,热堆可分为轻水堆、重水堆和石墨堆等。不人为放入慢化中子的物质(慢化剂),主要由快中子引起核裂变并维持链式反应的反应堆称为快中子反应堆,简称快堆。

二、为什么要发展快堆?

当前,世界上应用广泛的核电站是热堆电站,而拥有热堆电站的国家都重视开发快堆,因为快堆能大大提高核燃料资源的利用率。为什么?

热堆中使用的易裂变物质,即核燃料,主要是从天然铀中提取的同位素铀-235,它对热中子的裂变率。但是,天然铀中铀-245仅占0.714%,而占天然铀99%以上的另一种同位素铀-238,在热堆中不能得到有效利用。

研究发现,铀-238吸收中子后,经过经几次核蜕变,可以变成另一种自然界不存在的易裂变物质——钚-239。由于铀-238对热中子的吸收率很低,在热堆中产生的钚-239数量不足以抵偿消耗掉的铀-235。而铀-238对快中子的吸收率,在快堆中新产生的核燃料多于消耗掉的核燃料,可以达到增殖核燃料的目的,所以快堆也称为快中子增殖反应堆。在热堆中,天然铀资源的利用率的利用率只能达到1%~2%,在快堆中可以提高到60%-70%,即利用率可以增加35~60倍。

如果只发展热堆电站,占天然铀98%以上的铀资源只能被作为核废料(即贫铀)而弃置,还将危害自然环境。在发展热堆的同时发展快堆,就可以变废为宝,即把贫铀转变为新的核燃料。所以,快堆电站必将成为核电的新一代。

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