快中子反应堆简析-01

快堆的分类
• 按冷却剂材料，快中子堆又可分为钠冷却堆和气冷快堆， 其中LMFBR的蒸汽参数很高，压力达16—18MPa，温度 约为500摄氏度，为此电站的效率接近40%。 • 按回路布置结构，可分为回路式快堆电站和池式快堆电站
快堆的特点
• 以快堆中子产生链式裂变反应，必须采用浓缩度 比较高的燃料（16%左右或更高） • 没有慢化剂，并采用高浓度燃料，堆芯结构紧凑， 功率密度高，大多数快堆采用液态金属Na做冷却 剂 • 由于Na将堆芯活化，为防止污染蒸汽发生器中的 水，设置中间回路，采用三回路系统 • 堆芯均是有燃料区和再生区组成的 • 快堆具有良好的固有安全性
什么是快堆
快堆与秦山、大亚湾核电站用的压水堆一样都是核裂变反应堆。 但在这种反应堆中主要引起易裂变原子核铀－235或钚－239等产生裂 变链式反应的是快中子，故称快堆。而压水堆属热中子反应堆，中子 能量与原子热运动的能量相当，故称热中子。这里快堆快中子的能量 要比压水堆的热中子的能量大百万倍。 为了保持引起裂变链式反应的中子主要是快中子，裂变出来的新 的中子不能受到过分的慢化。快堆要用金属钠做冷却剂，将核裂变热 能载带出来，最终将水加热成饱和蒸汽，继而成过热蒸汽，像火电站 一样推动汽轮发电机发电。 钠在常压下沸点是881℃，从堆芯载热出来时的平均温度是540℃ 左右，远低于其沸点，不需要像压水堆那样有高的压力。因此快堆是 一种高温低压系统。
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快中子堆
• • • • • 概述 分类 特点 堆芯结构 中国快堆的发展
概述
• 快中子反应堆不用铀-235，而用钚-239作燃料，不过在堆 心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂 变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸 收，铀-238就会很快变成钚-239。这样，钚-239裂变，在 产生能量的同时，又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239， 而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速增殖， 所以这种反应堆又称“快速增殖堆”。据计算，如快中子 反应堆推广应用，将使铀资源的利用率提高50-60倍，大 量铀-238堆积浪费、污染环境问题将能得到解决。在快中 子反应堆中,不能使用水来传递堆芯中的热量,因为它会减 缓快中子的速度 ，钠和钾的合金可用于快中子反应堆作 热交换剂。
• U238或Th232发生反应转化成易裂变核Pu239或U233。增殖反应的方程式如 U238或Th232发生反应转化成易裂变核Pu239或U233。增殖反应的方程式如 下： 238U ＋ n → 239U → 239Np → 239Pu 232Th ＋ n → 233Th → 233Pa → 233U
谢谢
快堆具有良好的安全性
1.Na的沸点高，常压运行； 2.热容量大，能导出余热； 3.堆芯有较大负反馈，事故状态能够自稳。
快堆堆芯结构
中国快堆的发展
• 我国早在70年代就开始快堆开发和研究 • 七五期间，国家八六三科技计划能源领域 专家委员会对我国发展快堆进行了论证， 结论是“应力争在本世纪末建造一座热功 率65MW,电功率的20MW的实验快堆” • 当前以发展热堆为主，同时要继续开展快 中子增值堆和受控核聚变堆技术研究、开 发和跟踪
为什么发展快堆
• 至今，我们知道自然界存在的易于吸收中子而裂变的原子核仅有铀的一 种同位素铀－235原子核，它在天然铀中的丰度只有0．71％左右，而占 99．2％以上的铀－238则不易裂变，因此，当今核电站的核燃料中，铀-235 如同“优质煤”，而铀-238却像“煤矸石”，只能作为核废料堆积在那里， 成为污染环境的“公害” 。压水堆就是主要利用铀－235裂变的堆型。单单 发展压水堆最多只能利用铀资源的0．71％。但是，因为在压水堆运行时，有 一部分铀－238原子核会吸收中子变成钚－239，这是一种人工易裂变核，可 以作为反应堆的裂变燃料。 世界各国研究表明：快堆可以解决大规模的压水堆核电站发展带来的核燃 料短缺及长寿命核废物处置问题。
核电的发展方向
——快中子堆
前言
• 核能是目前唯一现实的、可大规模代替化 石燃料的能源。 • 核能分两种：一种是重元素原子核分裂成 两个中重核时放出的能量，称为裂变能;一 种是两个轻元素的原子核聚合在一起变成 一个原子核时所放出的能量，称为聚变能。 • 热中子反应堆——快中子反应堆——受控 核聚变堆
中国快中子实验堆CEFR 中国快中子实验堆CEFR
CEFR系统流程示意Байду номын сангаас CEFR系统流程示意图
国外现状
• 在技术上，快堆比轻水堆难度要大得多。但是，由于它具 有独特的优点，所以，美、法、日、德、俄等国都在积极 开发研究快中子反应堆。早在1967年，法国就建成了一座 实验反应堆。1974年，25万千瓦的快中子反应堆投入运 行。1984年又建成了120万千瓦的大型商业快堆核电站。 杨长利介绍，快中子反应堆代表了第四代核能系统的发展 方向，其形成的核燃料闭合式循环，可使天然铀资源利用 率从压水堆的约1%提高至60%以上，同时还能让核废料 充分燃烧，减少污染物质的排放，实现放射性废物最小化。 由于利用率的提高，相对较贫的铀矿也有了开采的价值， 这将使世界可采铀资源增加千倍。发展和推广快堆，因此 被认为从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问 题。