行波堆技术
2018核电科普知识竞赛题库及分析资料报告
核科技未来1、核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。
自然界中最容易实现的聚变反应是氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。
未来可控核聚变能够一劳永逸的解约人类的能源问题，请问用于核聚变的氘和氚是哪个元素的同位素？A、氦B、锂C、氢答案：C解析：氚和氘的质量数分别为3和2，均为氢的同位素。
2、利用核能的最终目标是要实现受控核聚变，现有的反应堆依靠重原子核裂变而释出能量，如铀、钚等，而聚变反应则由较轻的原子核聚合而释出能量，如氢的同位素氘和氚聚合形成氦元素，反应产物是无放射性污染的氦，因此你认为聚变能具有如下哪个优点？A、清洁，不产生长半衰期的重放射性元素，如锶-90、铯-137B、经济，发电成本比传统核电厂低C、工程上更容易建造和运行聚变反应堆答案：A解析：聚变反应堆使用轻核聚变产生能量，不会产生重放射性元素，因此更为清洁。
B选项经济性没有提及，C选项表述也未提及。
3、聚变反应堆利用的氘是氢的一种同位素，天然氢中含氘0.0153%, 氘在水中存在。
1L 水中含氘相当于300L 汽油的能量，海洋3m厚的水层含氘可供世界5000万年能源需要，取之不尽用之不竭。
因此你认为聚变反应堆具有如下哪个优点？A、聚变堆的燃料储量丰富B、聚变反应堆更容易建造C、聚变反应堆体积更小答案：A解析：建造可控的聚变反应堆是利用核能的最终目标，聚变反应则由较轻的原子核聚合而释出能量，如氢的同位素氘和氚聚合形成氦元素，而海水中蕴含着大量的氘和氚元素，氘可从海水中提取，储量极为丰富，因此选A。
B和C题目未提及。
4、加速器驱动的次临界系统——ADS嬗变系统，可以使长寿命高放核废料嬗变为短寿命低放核废料，因此ADS可以用于：A、实现稳定的氢核聚变反应B、处理乏燃料，降低核废料放射性C、产生淡化海水答案：B解析：乏燃料中含有长寿命的放射性核素，难以处理，ADS系统可以是的这些核素转变成为短寿命的放射性核素，可用于处理乏燃料，降低放射性，选择B。
行波堆：设计与开发
ResearchNuclear Power—Review行波堆：设计与开发John Gilleland *, Robert Petroski, Kevan WeaverTerraPower LLC, Bellevue, WA 98005, USAa r t i c l e i n f o摘要Article history:Received 6 November 2015Revised 22 February 2016Accepted 24 February 2016Available online 31 March 2016行波堆为一次通过式燃料循环反应堆，其利用堆芯自增殖大大降低了对浓缩和后处理的需求。
自增殖将次临界换料燃料转化为新的临界燃料，从而使增殖燃烧波得以扩散。
该理念建立在增殖燃烧波和燃料的相对移动的基础上。
因此，燃料或增殖燃烧波相对于固定的观察器而言是移动的。
行波堆最实用的体现就是能够在将核反应保持在同一位置的同时移动燃料——有时行波堆也被称为“驻波堆”。
行波堆能够使用换料铀燃料运行，换料铀燃料包括完全贫化铀、天然铀和低浓缩铀燃料(即235U 含量为5.5 %或更低的燃料)，这些燃料通常在快谱中达不到临界状态。
轻水反应堆卸出的乏燃料也可以作为行波堆的换料燃料。
上述情况均无需后处理即可实现极高的燃料利用率和燃料废物量的显著降低。
当换料燃料为贫化铀时，行波堆的最大优势得以实现，即在启动后，无需浓缩设施，就可维持最先启动的反应堆和一连串后续的反应堆的运行。
自2006年起，泰拉能源公司(TerraPower)与50多个机构高度协作，开展了概念设计、工程设计和相关技术开发活动，力争到2026年实现将第一个机组投入使用。
本文总结了行波堆技术，包括它的发展计划及其进展，分析了行波堆的社会和经济效益。
© 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license(/licenses/by-nc-nd/4.0/).关键词核能发电先进反应堆行波堆可持续性1. 引言泰拉能源公司(TerraPower)及其在核领域的创新起源于比尔•盖茨、内森•梅尔沃德、罗威尔•伍德和众多专家于2006年在华盛顿州贝尔维尤市举行的集体讨论会上的决议。
行波堆具有高燃耗
提前认识行波堆行波堆具有高燃耗、长寿期、高安全性和高经济性等特点，是实现核能跨越式创新发展的重要技术途径。
它依靠独特的易裂变核素生成与消耗之间的内在自平衡原理，使反应堆能数十年稳定地无倒换料运行而无需燃烧控制，同时安全高效的转化利用铀钍资源和嬗变利用轻水堆乏燃料。
其系统无需一般用于反应性补偿和功率控制的燃烧控制棒及其驱动机构，简化了反应堆结构，进一步强化了固有安全性，具有极其广阔的发展应用前景。
行波堆的核燃料可以从一端启动点燃，裂变产生的多余中子（大于1MeV）将周围的238U转化成239Pu（或232Th转化成233U），当239Pu（或233U）达到一定浓度之后，形成新的裂变反应，开始焚烧在当地生成的燃料，形成行波（燃烧波），燃烧波以增殖波先行焚烧波后续的方式向前推进，如图-1所示。
图-1.行波堆燃烧过程示意图行波堆的特殊之处在于，它的运行自动地将堆芯分成三个物理区域：新燃料区，主燃烧区和乏燃料区，如图-2所示。
新燃料区的燃料成分可主要是天然铀、贫铀或轻水堆乏铀，该区的反应活性很低，中子通量也很低，其主要的作用是利用快中子在与主燃烧区的边界处将大量的238U 逐步转化成239Pu ，为主燃烧区提供易裂变材料（钍铀循环也能被铀钚循环所带动）。
主燃烧区则利用新燃料区转化生成的大量239Pu 裂变做功，反应活性非常高，局部Kinf 可以达到1.2左右，中子通量非常高。
乏燃料区随着239Pu 的消耗和大量的裂变产物生成，反应性逐步降低，中子通量也降低到新燃料区的水平。
图-2. 行波堆燃烧过程中堆芯物理分区示意图可见行波堆的燃烧控制完全依靠易裂变核素的生成与消耗之间的动态自平衡实现的，不需要任何外来的辅助。
因为燃烧自动分区，主燃烧区和乏燃料区不重叠，主燃烧区内的快热中子都会被易裂变元素充分利用，不会被裂变产物过分消耗，所以行波堆的燃料转化率和燃烧率都很高。
这一点是行波堆区别于其他所有裂变反应堆的最根本的特点，也是其独特核物理性质的来源。
行波堆概念设计中的热工水力问题概述(原创)
行波堆概域的一些研究者们所
取得的成果。综合来看，对行波堆的热工水力分析尚处于起步阶段（概念设计、模拟计算），还 有大量的空白等待填补。根据泰拉能源公司与我国中核集团合作计划，我国将于2023年左右建 成世界上第一座行波堆的原型堆，因此未来5年很有可能迎来行波堆研究的热潮。届时随着堆物 理研究的逐渐完善和实际的工程需求，对行波堆的热工水力分析将是研究的重中之重。
• 活性高度2.5ｍ • 气腔空间2ｍ • 包壳厚度0.55ｍｍ • 组件对边距离为16.46cm
• 共127根燃料棒
行波堆燃耗策略的优点
有效利用U资源
可燃烧天然铀和简单处理后的乏燃料，预计可将铀资源利用率由当前 的0.7%提升至30%~40%。
不用频繁换料，减少废料处理
通过增加堆芯高度可延长反应堆寿期， 从而设计长寿命的反应堆。 在反应堆寿期内不需换料并能达到很高的燃耗深度，从而减少对核废
2018
6.20
谢谢观看
T H A N K Y O U
2018
核反应堆热工分析课程论文答辩
行波堆概念设计中的 热工水力问题概述
报告人： 张子靖，王金广
PART 1
基础概念
基本原理 理论发展 广义TWR分类 TP-1介绍 TWR优势与面临的挑战
行波堆原理
TWR ( Traveling Wave Reactor ) • 点火区 • 增殖区 • “燃烧-增殖波”
表1.1[10] TP-1设计参数 参数 功率 堆芯压降 堆芯进出口温度（堆 芯进/出口） 最低寿命 主泵 中间换热器 数值 1200MWt/500MWe 1MPa 360℃/510℃ 40a 2个机械泵 4个
燃料参数
U-10%Zr，HT-9包壳
行波堆 TP-1堆芯热工水力单通道与子通道分析方法研究
行波堆 TP-1堆芯热工水力单通道与子通道分析方法研究韦宏洋;田文喜;丛腾龙;黄灏;苏光辉;秋穗正【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(000)012【摘要】以泰拉能源公司提出的钠冷行波堆 TP-1为研究对象，通过钠冷行波堆瞬态安全分析程序TAST得到堆芯各组件内冷却剂、包壳和燃料棒的平均温度分布。
用子通道分析程序 SACOS-Na对TAST计算得到的最热组件进行详细分析计算，得到该组件内冷却剂的温度、压力和流速分布，并得到燃料棒和包壳的温度场。
结果表明：单通道与子通道的结合使用能有效提高计算效率，提高反应堆设计的安全性。
【总页数】6页(P2261-2266)【作者】韦宏洋;田文喜;丛腾龙;黄灏;苏光辉;秋穗正【作者单位】西安交通大学核科学与技术系动力工程与多相流国家重点实验室，陕西西安710049;西安交通大学核科学与技术系动力工程与多相流国家重点实验室，陕西西安 710049;西安交通大学核科学与技术系动力工程与多相流国家重点实验室，陕西西安 710049;中科华核电技术研究院有限公司，广东深圳 518026;西安交通大学核科学与技术系动力工程与多相流国家重点实验室，陕西西安 710049;西安交通大学核科学与技术系动力工程与多相流国家重点实验室，陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TL333【相关文献】1.反应堆热工水力子通道分析程序ATHAS的研发 [J], 刘伟;白宁;朱元兵;单建强;张博;苟军利;厉井钢2.基于多孔介质模型的行波堆TP-1堆芯稳态温度场与流场数值模拟 [J], 陈静;田文喜;韦宏洋;巫英伟;秋穗正;苏光辉3.钠冷行波堆 TP-1瞬态安全分析 [J], 韦宏洋;丛腾龙;田文喜;杨江;秋穗正;苏光辉4.基于 FLUENT 软件耦合点堆中子动力学模型的行波堆热工水力分析 [J], 黄思洋;张大林;丛腾龙;苏光辉5.基于FLUENT软件耦合点堆中子动力学模型的行波堆热工水力分析 [J], 黄思洋;张大林;丛腾龙;苏光辉;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【核电】新型反应堆：行波堆
【核电】新型反应堆：行波堆11-09-29 作者：编辑：张聪敏行波堆（TWR）是一种通过嬗变过程把可增殖核材料转变为可裂变核燃料的新型反应堆。
与其它类型的快中子及增殖反应堆不同，它不需要或者仅仅需要少量的浓缩铀，就可以燃烧贫化铀、天然铀、轻水反应堆卸出的乏燃料或者是前面这几种材料的混合物。
到目前为止，作为核电反应堆的主要燃料，天然铀中只有约0.7%的同位素能被直接利用，但是，利用行波堆技术，铀资源的30%-40%，甚至 60%-70%可以物尽其用。
也就是说，和其它核电反应堆不同的是，行波堆技术可以直接利用现在被废弃的铀同位素，甚至是只经过简单转化的核电厂废弃燃料，对其深度焚烧而产生巨大能量，将沉重的废物负担转换为高额经济效益。
行波堆的发展历史行波堆的想法可追溯到20世纪，1958年Saveli Feinberg首次提出了反应堆堆芯自增殖的概念，并称之为“breed and burn”反应堆。
Michael Driscoll 对这一概念进行了更深入的研究，并在1979年发表了相关的论文。
此后，1988年Lev Feoktistov，1995年EdwardTeller和Lowell Wood，2000年Hugo van Dam 以及2001年HiroshiSekimoto也先后发表了相关的研究论文。
迄今为止，全球还没有建造真正的TWR。
但是2006年，Intellectual Ventures成立了一家名字叫做TerraPowerLLC的子公司，对这种行波堆的概念进行工程化设计和经济性评价。
TerraPower设计了低功率到中等功率（30万千瓦）到大功率（约100万千瓦）的几种不同的级别的反应堆，开发出了一个实用的设计。
IntellectualVentures公司已获得了该技术的专利，现在正和一家反应堆制造商讨论专利许可事宜。
尽管仍有一些基本的设计问题需要加以解决，如反应堆如何在事故条件下运行的精确模型等，但有关方面认为，一个商业化反应堆可在2020年初开始运行。
李宁：服务祖国海西 成就核能开发大业
大 团 队 正 在 从 事 这 一 新一 代 核 能 技 术 的
研究。
“ 波 堆 ” 的 物 理 概 念 源 于 上 世 行
制 ，不追 求热 门课题 ，不回避冷 门风 险 理论 、实 验 方 面 作 出很 多 系 统 、 深入 和 纪 中 ，陆 续 有 些 相 关 学术 性研 究 。 随 着
厂 址 储 备 ，并在 筹 划 建 设 下一 代 快 堆 的 验 室 合作 进 行 研 究 。放 弃 了国 外优 厚 的 表 论 文 为 主 的基 础 研 究 转 向 解决 实 际 庄 商 业 示 范 ，与海 峡 对 岸 的 四座 核 电站 共 条件 回 国 ，在 被 问及 原 因时 ，李 宁说 ，
题 。 基 于 他 坚 实 的 物 理 数 学 基 础 ，他 对 地 解 释 了许 多 流 动 循 环 系统 中腐 蚀 与 析 很 多工 程 技 术 问题 从 科 学 原 理 角 度 出 发 出分 布 及 演 化 现 象 ，动 态 与 静 态 测 试 的 发 展 规 划 … …几 乎 每 一 样 工 作 都 需 要李
扩 散 和 环 境 污 染 风 险 的 漫 长 路 艺 的地 区和机 构 ，其 经 济 和 社会 效 益 极
动进入更为先进 、符合时代特征 其 重 大 。
呆护 国家 、人 类 、环 境 利 益 的跨
昕途径 。
加 强合作 搭建 多方交流合作平 台
院 与 国 际 接 轨 ，融 入 新 能 源 开 发 】
为 引进 行波 堆 技 术 的主 要 推 动单 １ 学 能 源 研究 院在 国家 能 源局 ］ 大
流 ，满足社会需求 ，与时俱进 。从
厦 门大 学 能 源 研 究 院 成 立 于 ２ ０ 的 选 择介 绍 中 ，可 以看 出 合作 的广 ０７
行波堆TP-1堆芯热工水力单通道与子通道分析方法研究
摘要 ： 以泰拉 能 源公 司 提 出 的 钠 冷 行 波 堆 Ｔ Ｐ Ｌ １为 研 究 对 象 ， 通 过 钠 冷 行 波 堆 瞬 态 安 全 分 析 程 序
ＴＡ Ｓ Ｔ得到堆 芯各组件 内冷却剂 、 包壳 和燃 料棒 的 平均温 度分 布 。用子 通 道分 析程 序 Ｓ Ａ Ｃ Ｏ Ｓ － Ｎａ对 Ｔ ＡＳ Ｔ计 算 得 到 的 最 热 组 件 进 行 详 细 分 析 计 算 ， 得 到该 组件 内冷 却剂 的温 度 、 压 力和 流速 分 布 ， 并 得 到 燃 料 棒 和 包 壳 的 温 度 场 。结 果 表 明 ： 单通道 与子通道 的结合使用 能有效提 高计 算效 率 ， 提 高 反 应 堆
韦宏洋 ， 田 文喜 ， 丛腾龙 ， 黄 灏 ， 苏光辉 ， 秋穗正
（ １ ． 西 安 交 通 大 学 核 科 学 与技 术 系 动 力 工 程 与 多 相 流 国 家 重 点 实 验 室 ， 陕西 西安 ２ ． 中科 华 核 电技 术 研 究 院 有 限 公 司 ， 广 东 深圳 ５ １ ８ ０ ２ ６ ） ７ １ ０ ０ ４ ９
设计 的安全性 。 关键词 ： 子通 道 ； 单通道 ； 钠 冷 行 波 堆 中图分类号 ： Ｔ Ｌ ３ ３ ３ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章编 号： １ ０ ０ ０ — ６ ９ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ２ ２ ６ １ — ０ ６
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ７ ５ ３ ８ ／ ｙ ｚ ｋ ． ２ ０ １ ３ ． ４ ７ ． １ ２ ． ２ ２ ６ １
２ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ ５ １ ８ ０ ２ ６，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
径向步进倒料行波堆的渐近态特性研究
第 ６期
２ ０ １ ４年 ２月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ４ Ｎｏ ． ６ Ｆ ｅ ｂ ．２ ０ ６ — ０ ０ ０ ９ － ０ ４
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
行 波 堆 的概 念 。现 将 其 与 典 型钠 冷 快 堆 设 计 相 结
快堆 ， 它可 直接 使 用 天然 铀 、 贫铀 、 钍 等 可转 换 核 材 料， 实 现非 常高 的燃 料 利用 率 。行 波 堆 的 概念 最 早 可 以追 溯 到 １ ９ ５ ８年 Ｆ ｅ ｉ ｎ ｂ ｅ ｒ ｇ在 Ｉ Ｃ Ｐ Ｕ Ａ Ｅ会 议 上 提 出的 “ 增殖． 燃耗 反应堆” 的概念… ， 但 在 其 发 展 初
期并 未 引起 太 大 的关 注 ， 直到 １ ９ ９ ６年美 国氢 弹之 父 Ｔ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ 在Ｉ Ｃ Ｅ Ｎ Ｅ Ｓ会 议 上 发 表 了他 关 于 行 波 堆 的研
合， 开展径 向步进倒料行波堆的数值研究 。
１ 径 向步 进倒 料 行 波 堆概 念
径 向步进 倒 料 行 波堆 的基 本 思想 是 ， 将 燃 料组 件 分成 具有 相 同燃 料 组件 数 目的若 干 组 ， 且 每 组燃 料 组件 距离 反应 堆 的 中心具 有 几 乎 相 同的距 离 ， 即 每组燃 料组 件 以反 应 堆 中 心 为轴 近 似 环 状 分 布 ， 若 在 均 匀化 的 圆柱 堆 内即为 等 面 积 的 同心 圆环 （ 如 图 １ 所示） ， 每组 内各个 燃 料组件 具 有 近似 的功率 分 布 和燃耗 深度 ， 在 进行 步进倒 料 时 ， 每组燃 料组 件周期 性 地 由 内向外 或者 由外 向 内从 一环 向其 临近 下一 环 跳跃 ， 即 由 内向外 倒料 或 由外 向 内倒料 。 图 １给 出
行波堆自稳特性分析
行波堆自稳特性分析刚直;柯国土【摘要】Traveling wave reactor (TWR ) is an innovative conceptual fast reactor , w hich takes with once through breeding-burning mode and includes ignition and propa-gation regions .TWR’s operation comprises stages of ignition start-up ,wave forming , stable propagation of wave and lifetime extinguishing etc .TWR response to perturba-tion of reactor fuel component change in ignition and propagation stages was investigated in the paper . T he results indicate that T WR has a good self-stabilizing performance under small perturbation .%行波堆是一种采用“边增殖边焚烧”一体化模式的革新概念快堆，由点火区和增殖区组成，主要工作过程包括点火启动、行波形成、波稳定传播和寿期熄灭等阶段。
本文通过理论分析和数值模拟相结合的方式对行波堆在点火和稳定传播阶段受扰动后的响应进行研究，结果表明行波在微小扰动下具有自稳特性。
【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P1072-1076)【关键词】行波堆;增殖;焚烧;自稳特性;传播【作者】刚直;柯国土【作者单位】国家核电技术有限公司北京研发中心，北京 100190;中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所，北京 102413【正文语种】中文【中图分类】TL31行波堆是一种采用“边增殖边焚烧”一体化模式的革新概念快堆，由于其增殖和焚烧过程可用两个特征行波来描述，因此称为行波堆[1-2]。
行波堆基本物理性能研究与燃耗计算分析的开题报告
行波堆基本物理性能研究与燃耗计算分析的开题报告一、选题背景行波堆是一种新型的核反应堆，它具有较高的燃料利用率、较高的热效率和较小的质量损失等优点，在工程应用中具有广阔的应用前景。
然而，行波堆产生的高能中子的流动速度非常快，这对其物理性能和燃耗情况提出了高要求。
因此，在行波堆的基本物理性能研究和燃耗计算分析方面仍有很多问题需要深入研究。
二、选题意义通过对行波堆的基本物理性能和燃耗情况的研究，可以深入了解行波堆在工程应用中的性能和特点，为优化设计和开发新型行波堆提供理论和实际基础。
此外，对行波堆的燃料使用规律和经济性进行深入的探讨，可以为国家能源资源的开发和利用提供重要支撑和保障。
三、研究内容本次选题将主要研究以下问题：1. 行波堆的基本物理性能特点，包括中子介质系数、燃料布局等方面的探讨。
2. 行波堆在使用不同燃料时的燃耗计算分析，研究不同燃料对行波堆的性能和燃料利用率的影响。
3. 行波堆在使用过程中的实际性能测试与验证，通过实验数据分析和统计，验证研究结果的正确性和可靠性。
四、预期结果通过本次选题的研究，预计能够得到以下成果：1. 深入了解行波堆的基本物理性能特点，为其工程应用提供基础理论支撑。
2. 揭示不同燃料对行波堆性能和燃料利用率的影响规律，为行波堆的燃料选型提供科学依据。
3. 通过实验数据分析验证研究结果的正确性和可靠性，为行波堆工程应用提供实际指导和参考。
五、研究方法本选题主要采用以下研究方法：1. 文献调研法：通过查阅相关文献，深入了解行波堆的基本原理和物理性能，探讨行波堆燃耗计算分析的基本方法和技术。
2. 理论分析法：结合文献调研和实验数据分析，深入剖析行波堆的物理性能和燃耗表现规律，探讨其应用前景和发展趋势。
3. 实验数据分析法：通过对行波堆进行实际测试和数据分析，揭示其实际性能和燃耗情况。
六、研究计划本次选题计划分为以下几个阶段进行：1. 第一阶段：2021年10月-2021年12月，文献调研和理论分析。
新型核反应堆：行波堆发展前景展望
新型核反应堆：行波堆发展前景展望作者：李博西来源：《科技视界》2016年第16期【摘要】为了促进核能的发展，一种新型的核反应堆——行波堆的概念被提出，2015年中国核工业集团与比尔盖茨签订了共同开发行波堆的合作备忘录，在此关键时刻，对于行波堆发展前景的了解，有着重要意义，本文主要介绍了行波堆的基本概念、运行原理及其所具有的优势和面临的挑战，调研结果认为国家开展行波堆的研发工作，不仅具有重要的学术价值，对探索新的核能应用和燃料循环技术、提高燃料利用率，保持核电大规模可持续发展也具有重要的现实意义。
【关键词】新型反应堆；行波堆；前景展望0 前言目前鉴于能源匮乏及气候问题等对化石能源的限制，核能作为一种清洁、高效、储备丰富的新能源逐渐受到世界的重视，在满足发展核电的五点必然要求前提下（即可持续性、安全性、经济性、核废料处理及防止核扩散），为了促进核能的发展，开发了一些新的类型的核裂变反应堆，如裂变聚变混合堆、模块化高温气冷堆、行波堆等。
其中行波反应堆有着尤其新颖的设计，引起了盖茨很大的兴趣，于2015年9月与中国核工业集团签署了合作备忘录，将与中国对行波反应堆共同进行研发。
据称其可以更有效的利用铀，且比传统的反应堆更为安全。
先进核能系统“行波堆”的出现是一个契机，然而很多人对这种新型堆的可行性和发展前景知之不多知之不深，对于行波堆发展前景的介绍，有着重要意义。
1 行波堆概念简介行波反应堆通过易裂变核素增殖与消耗的动态平衡使得在全寿期的任一时刻，不仅反应性基本不变，重要物理特性参数如中子注量率分布、功率分布、核素分布等形状也基本不随燃耗而改变，且以一个恒定的速度在轴向移动或在径向形成定为“驻波”[1]，从而使得整个反应堆寿命为横功率运行。
它的基本思想是用一个相对较小的临界系统来形成一个临界波，点燃相对较大的次临界系统，我们假设有一个圆柱形的次临界系统，系统内易裂变核素核子密度较低，但系统内可裂变核素核子密度相对较丰富，通过在某一端添加外中子源（这个中子源可以是加速器产生的中子也可是一个临界的系统产生的中子），可以让这一端的可裂变核素转化为易裂变核素，有效增殖系数上升为1后，去掉外中子源，反应堆依然可以自行增殖，形成一个稳定向前推进的临界波。
行波堆技术工程化展望
2019年17期技术创新科技创新与应用Technology Innovation and Application行波堆技术工程化展望董泽楠（一重集团大连工程技术有限公司，辽宁大连116600）1行波堆原理以压水堆为代表的热中子反应堆和与包括行波堆在内快堆的主要区别在于铀的燃烧程度。
天然铀含有0.7%的235U 和99.3%的238U 。
热中子核反应堆只能利用其中的235U ，在中子经济性变得不可接受之前，只能将238U 中的一小部分转化为239Pu 。
因此，即使是最高效的轻水反应堆也只能利用天然铀中0.7%。
相比之下，快中子反应堆将238U 直接转化为可裂变的239Pu 或238U ，还可以实现燃料的增值，且功率规模越大的快堆，增值比越大。
原则上只要裂变产物能够被移出堆外（它们寄生吸收中子，从而逐步降低反应堆的中子经济性），快堆就能够“燃烧”掉绝大部分的天然铀[2]。
因此，热堆-快堆耦合的闭式燃料循环系统是较为可行的未来核能发展路线。
该闭式燃料循环系统可简单概括为：天然铀采出加工成低浓缩铀燃料组件，供给压水堆“燃烧”，“燃烧”后的乏燃料经后处理提取工业钚作为快堆的燃料，同时分离出锕系核素（MinorActinides/MA ）混合进快堆燃料进行嬗变。
在该闭式燃料循环系统中，快堆既接收压水堆的工业钚与MA 作为燃料，自身乏燃料后处理后也可重复使用。
整个过程既实现了燃料的增殖也降低了MA 的含量，总体上实现了铀资源的最大化利用[2]。
但目前热堆-快堆耦合的闭式燃料循环系统仍需要对高放射性乏燃料进行后处理，通常需要将燃料组件包壳机械地切割掉，然后在惰性气体氛围中进行熔融精炼，这一过程仍具有一定的环境风险；且需进行场外燃料运输，依然存在核扩散风险。
行波堆是以一种更简单的方式来达到传统快堆的功效。
整堆可像蜡烛一样“燃尽熄灭”，燃料组件可在40年的内彻底燃烧而无需更换新的燃料组件，其需要后处理的燃料大幅减少，规模化应用后，最终也无需铀浓缩设施。
先进反应堆抢滩中国
个 星期 之 后 ，中 广 核 的总 经 济 师 及 技
以在 长 寿 期 的 中子 辐 照 环 境 中表 现 出稳 定 的性 能 ， 现 行 波 堆 “ 寿 期 不 换 料 ” 兑 全
不 可 能 如 清 华 大 学 在 高 温 气 冷 堆 中那 样 术 顾 问便 造 访 了厦 门大 学 能 源 研 究 院 ，
合 作 项 目带 来 的 技 术 和 数 据 、经 验 有 可 成 长 为 在 铀 资 源 开 发 、核 电设 计 等 领 域 起变革 。然而这个 由风投基 金哺育 出的
能加速 关键技术 的发展 ，使其更 密切地 都颇 有建树 的核 电巨头。但在 先进堆型 新型反应 堆能否 照进 现实 ，以及能否 如
结 合 到 国 际先 进 核 能 技 术 开 发 中 来 。据 的研 发 方 面 ，其 表 现 仍 然 不 如 中核 与 国 过 去 年 代 形 成 的 核 能 传 统 一 样 ，心 甘 情
消息人士透露 ， 中国核动力研 究设计 院、
核 技 ：前 者 有 大 批 技 术 力 量 雄 厚 的科 研 愿 分 出一 部 分 蛋 糕 给 合 作 伙 伴 ，我 们 拭
源 能 如 西 屋 、阿 海 珐 这 样 的 传 统 核 技 术
供 应 商 一 样 ，甘 愿 分 出一 部 分 蛋 糕 。 然 而 ，虽 然 泰 拉 能 源 给 出 了 比大 多 数 四 代 反 应 堆 快 得 多 的 研 发 时 间 表 ，但 能 否 付 诸 以 现实 尚不 明 朗 。 目前 为 止 ， 到 行 波 堆 技 术 仍 然 是 虚 拟 的 ，只 停 留在 泰
主 导 开 发 ，主 要 还 是 协 调 搭 建 行 波 堆 在 商 讨 并 细 化 合 作 方 案 ，共 同 争 取 国 家 各 的 承诺 。
行波堆简介
[5] 郑美银, 田文喜, 初晓,等. 径向倒料行波堆MA嬗变可行性分析[J]. 原子能科学技术, 2015, 49(b05):58-62.
[6] 李博西. 新型核反应堆:行波堆发展前景展望[J]. 科技视界, 2016(16):27-27.
2018
4.23
谢谢观看
T H A N K Y O U
补充
高的燃耗深度以及超长的
换料周期对燃料、包壳及 结构材料等提出苛刻要求。 钠取代水作为冷却剂优势 明显，但是钠火事故不得 不考虑。
的反应性、功率分布形状与
寿期中、寿期末的一致较难。
参考文献
[1] John Gilleland,Robert Petroski,Kevan Weaver.行波堆:设计与开发[J].Engineering,2016,2(01):187-205. [2] 娄磊, 吴宏春, 曹良志,等. 行波堆初步概念设计研究[C]. 反应堆数值计算与粒子输运学术会议暨2010年反应 堆物理会议. 2010. [3] 张坚, 林超, 杜爱兵,等. 行波堆堆芯方案设计研究[J]. 原子能科学技术, 2016, 50(11):2003-2009. [4] 陈静, 田文喜, 韦宏洋,等. 基于多孔介质模型的行波堆TP-1堆芯稳态温度场与流场数值模拟[J]. 原子能科学 技术, 2013, 47(11):1966-1970.
• 气腔空间2ｍ
• 包壳厚度0.55ｍｍ • 组件对边距离为16.46cm
• 共127根燃料棒
PART 3
行波堆面临的挑战
行波堆面临的挑战
行波堆为核能大规模发展所遇到的铀资源供应和乏燃料后处理问题提出一个全新的解决方案， 而目前世界范围内行波堆的研究还处于概念探索阶段，离真正工程实现还有一些技术问题亟 需解决：
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行波堆：Traveling Wave Reactor
不同于现有商业化的堆，通过对抑制堆芯燃料的分布和运行，核燃料可以从一端负级启动点燃，裂变产生的多余中子将周围不能裂变的U-238
转化成Np-239，当达到一定浓度之后，形成裂变反应，同时开始焚烧在原位生成的燃料，形成行波。
行波以增殖波先行焚烧后增殖，一次性装料可以连续运行数十年甚至上百年。
为维持运行，堆芯燃料部分保持常规的大小质量，通过核工程师们熟知的方式利用核能：通过蒸汽发生器将核反应产生的热量带出堆芯，转换为蒸汽的动能进而推动汽轮机做功，产生电能。
除最初的启动源需要浓缩铀，其他所有燃烧都可以来自天然的材料。
因此不需要分离浓缩。
形象的说，行波堆像蜡烛，用火柴点燃后逐渐烧尽，并可以点燃其他蜡烛。
资料显示，行波堆技术就是能将贫瘠的核能原料，在反应堆内直接转化为可使用的燃料并充分焚烧利用。
通俗地说，作为核反应堆的主要燃料，天然铀中只有约0.7%的同位素能被直接利用，但是，利用行波堆技术，铀资源的30－40%，甚至60－70%可以物尽其用。
和其他核反应堆不同的是，行波堆技术可以直接利用现在被废弃的铀同位素，甚至是只经过简单转化的核电站废弃燃料，对其深度焚烧而产生巨大能量，将沉重废物负担转换为高额经济效益。
从这一点上看，其与我国不久前投产的试验快堆很相似。
但行波堆的另一大优势就是无须换料及后处理，不仅可以提高运行安全性，更能极大降低核扩散风险。
编辑本段最新进展
据悉，微软创始人比尔·盖茨在了解到该项技术后，资助美国泰拉能源公司开展研究，并在去年亲自到中国、日本为行波堆的科研寻找合作伙伴。
比尔·盖茨在中国期间与国家能源局、中核集团、中广核集团、国家核电技术公司、中国战略与管理研究会等单位进行了接触，并与国家核电技术公司签署了技术交流合作谅解备忘录。
双方表示，将就“行波堆”和其他先进核能技术积极展开技术交流与协作，推动双方企业和中美两国在核能领域的进一步合作，为世界能源利用向着更清洁、更安全、更经济的方向发展做出贡献。
结束中国之行后，比尔·盖茨又前往日本，与日本东芝公司商谈合作。
据介绍，比尔·盖茨最初计划访问中国、日本和印度，但最后只选择了中国和日本，没有访问印度。
国家能源局电力司核电处正在筹备建立行波堆办公室，协调我国各方面力量研发行波堆技术。
目前，已开始从我国核电企业抽调专家开展筹备工作。
厦门大学能源研究院的工作简报显示，2009年12月，经过与泰拉能源公司内部及合作伙伴充分讨论、酝酿，并由比尔·盖茨和主要投资人认可，厦门大学能源研究院协助泰拉能源公司完成并向国家能源局提交了一份合作计划建议书。
该院院长李宁表示，泰拉能源公司详细分析了中国的核发展状况和规划，以及主要研究核能的研发单位和核电成本，非常推崇中国率先发展核能所取得的丰富成果。
因此，决定首先到中国来推广这个行波反应堆先进技术。
据介绍，泰拉能源公司计划10年内建成行波堆示范工程，15年内实现商业化建设。