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快堆是快中子增殖反應(yīng)堆的簡稱，這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，其重要特點(diǎn)是在消耗核燃料的同時(shí)，產(chǎn)生多于消耗的核燃料。
一、熱堆與快堆
目前全世界有400多座核電站，多數(shù)為輕水堆，分壓水堆和沸水堆兩類，主要是由熱中子引發(fā)裂變反應(yīng)，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(yùn)藏量僅占0.66%，其余絕大部分是鈾238，占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)的原料鈾235只有3%～4%，余下是會(huì)產(chǎn)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(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?39，鈾239經(jīng)過幾次衰變后轉(zhuǎn)化為钚239。在大型快堆中，平均每10個(gè)鈾235原子核裂變可使12至14個(gè)鈾238轉(zhuǎn)變成钚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。
二、快堆的優(yōu)勢
核燃料越燒越多：目前，在核電站中廣泛應(yīng)用的壓水堆(如我國的秦山、大亞灣核電站堆型)對(duì)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(duì)充分利用我國的鈾資源，促進(jìn)核電持續(xù)發(fā)展，解決我國的后續(xù)能源供應(yīng)問題具有重要意義。
由于利用率的提高，相對(duì)較貧的鈾礦有了開采的價(jià)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(chǔ)量推測，快堆的使用可以使鈾資源可持續(xù)利用3000年以上。
核廢料越燒越少：熱堆反應(yīng)后的剩余物的放射性仍然很強(qiáng)，如果直接進(jìn)行地質(zhì)處置，耗資極其驚人。而這些核廢料在快堆反應(yīng)中經(jīng)過回收再利用以后，放射性物質(zhì)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(fēng)險(xiǎn)。
三、世界快堆發(fā)展歷程
國際上快堆發(fā)展從上世紀(jì)40年代起步，只比熱堆晚四年，而且第一座實(shí)現(xiàn)核能發(fā)電的是快堆。截至目前，世界上共建成了各種類型的快堆21座——
1946年，美國建成世界上第一座實(shí)驗(yàn)性快中子反應(yīng)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(yīng)堆；1974年，25萬千瓦的快中子反應(yīng)堆投入運(yùn)行。
1980年，蘇聯(lián)建成電功率60萬千瓦的快中子實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。
1985年，法、德、意三國建成功率120 千瓦的經(jīng)濟(jì)驗(yàn)證快堆Superhenix-1。
1994年，日本建成功率31.8萬千瓦的文殊(Monju)原型快堆。
由于技術(shù)難度大，世界各國的快堆仍然停留在實(shí)驗(yàn)堆的基礎(chǔ)上，尚未發(fā)展到商用階段。隨著快堆技術(shù)的日臻完善，接近成熟，國際上預(yù)計(jì)將掀起快堆發(fā)展高潮。
俄羅斯：已開始建造兩座80萬千瓦的快堆電站，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(huán)研究院，加強(qiáng)快堆技術(shù)開發(fā)。
韓國：在美國通用電氣的幫助下積極發(fā)展功率13萬千瓦的實(shí)驗(yàn)快堆。
巴西：開始組織快堆技術(shù)的發(fā)展工作。
印度：2001年開始建造電功率50萬千瓦的快堆電站。
(材料由中核集團(tuán)提供) |