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核能科普知識
快堆:可使鈾資源利用率由1%提高至60%以上
時間:2010年07月28日 來源:中國能源報 點擊量: 分享:
    什么是快堆

  快堆是快中子增殖反應堆的簡稱,這是堆芯中核燃料裂變反應主要由平均能量為0.1Mev以上的快中子引起的反應堆,其重要特點是在消耗核燃料的同時,產生多于消耗的核燃料。

  目前全世界有400多座核電站,多數為輕水堆、分壓水堆和沸水堆,主要是由熱中子引發裂變反應,因而又被稱為熱堆。熱堆消耗的主要核燃料是鈾235。自然界中鈾235的蘊藏量僅占0.66%,其余絕大部分是鈾238,占99.2%。為保證核反應正常進行,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的原料鈾235只有3%-4%,余下是會產生輻射的鈾238核廢料。

  快堆不用鈾235,而用钚239作燃料,不過在堆心燃料钚239的外圍再生區里放置鈾238。钚239產生裂變反應時放出來的快中子,被裝在外圍再生區的鈾238吸收,變為鈾239,鈾239經過幾次衰變后轉化為钚239。在大型快堆中,平均每10個鈾235原子核裂變可使12至14 個鈾238轉變成钚239。這樣,钚239裂變,在產生能量的同時,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,所以這種反應堆又稱快速增殖堆。

  快堆的優勢

  目前,在核電站中廣泛應用的壓水堆(如我國的秦山、大亞灣核電站堆型)對天然鈾資源的利用率只有約1%,而快堆則可將這一利用率提高到60%~70%。這對充分利用我國的鈾資源,促進核電持續發展,解決我國的后續能源供應問題具有重要意義。

  由于利用率的提高,相對較貧的鈾礦有了開采的價值。就世界范圍講,可采鈾資源將因此增加上千倍。以目前探明的天然鈾儲量推測,快堆的使用可以使鈾資源可持續利用3000年以上。

  熱堆反應后的剩余物的放射性仍然很強,如果直接進行地質處置,耗資極其驚人。而這些核廢料在快堆反應中經過回收再利用以后,放射性物質的衰變期只有二三百年,可以大大減少核廢物處置量,降低乏燃料長期毒性風險。

  世界快堆發展歷程

  國際上快堆發展從上世紀40年代起步。截至目前,世界上共建了各類快堆21座。

  1946年,美國建成世界上第一座實驗性快中子反應堆,即熱功率25千瓦的克來門汀(Clementine)。

  1967年,法國建成名為“狂想曲”的熱功率為4萬千瓦的反應堆;1974年,25萬千瓦的快中子反應堆投入運行。

  1980年,蘇聯建成電功率60萬千瓦的快中子實驗反應堆。

  由于技術難度大,世界各國的快堆仍然停留在實驗堆的基礎上,尚未發展到商用階段。隨著快堆技術的日臻完善,接近成熟,國際上預計將掀起快堆發展高潮。

  俄羅斯:已開始兩座80萬千瓦的快堆電站的建造,一座在斯維爾德洛夫斯克,一座在南烏拉爾。

  日本:成立了日本核燃料循環研究院,加強快堆技術開發。

  韓國:在美國通用電氣的幫助下積極發展功率13萬千瓦的實驗快堆。

  印度:2001年開始建造電功率50萬千瓦的快堆電站。

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