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发展快中子核电站
时间: 2017-7-25 11:12:16   浏览量:753

发展快中子核电站

1、快中子与热中子的特性

快堆是今天唯一的技术路线有效为人类提供一种无污染,取之无尽的能源堆型。
快堆的四个优点是:
(一)佳化环保
(二)核废料少
(三)燃料闭式循环,充分利用天然铀中的U238
(四)嬗变少类锕系核素(NP铮,Am镅,Cm锔)转化成为废料。
快堆利用的中子是直接裂变出来的快中子(其平均能量约为2Mev)。因为其裂变截面(即裂变概率)在这个能域很小,(例如,在这平均能域,Pu239的σf≌1barn),故快堆需要的铀或钚的富集度E较大(13%

图1:Pu239的裂变及俘获有效截面σf及σc随入射中子能量的变化λ(b)=f(E(ev))


2、快堆的增殖作用

快堆在燃料燃耗的过程中,可以将U238嬗变为Pu239(可裂变核素),但是堆中必须具备足够的中子。其条件是,当Pu239吸收一个中子产生裂变放出的中子数目应大于2.3(即>2.3),其中一个中子维持链式反应,一个中子将U238嬗变为Pu239增殖作用,0.3个中子被结构吸收或外漏。这就能将贫铀U238(即浓缩铀工厂出来的天然铀中含有99.3%的U238)全部焚烧,理论上可以将天然铀烧至100%,而不限于0.7%。这是说,对快堆的每Kwh的电价根本是近于零。
目前世界上累积的贫铀数量已够快堆发电千年。这是说,从压水堆过渡至快堆之后,可以实现一个无限期发电的世界。 


3、快堆的概念设计及安全问题

反应堆的功率比P是与裂变核(Pu或U235)的反应率  成正比如下:


因为快堆的微观裂变截面比压水堆的小10至100倍,故快堆需要的燃料(Pu)的富集度较大(13%至26.5%)。压水堆的燃料(U235)的富集度(N5/N5+N8)仅4%左右。
压水堆的中子平均能量E=400Ker,快堆的中子平均能量E=2Mev,堆的功率密度为300Mw/cm3,比压水堆的约大三至四倍。这么大的功率密度,正适用液态金属(钠)将热量排泄。钠的作用是实现一个高中子谱,传递高密度(W/cm3)的热量。
       快堆有两种堆型:
       (一)池型
       (二)回路型
        中国,俄罗斯,法,英,美,印度采用池型,日本采用回路型。
       
       快堆由三个回路组成:
       (一)回路为钠池,堆芯
       (二)二回路,为中间钠回路
       (三)三回路为水蒸汽发生器的水回路


4、快堆的发电成本 

       目前,在未进入成批制造商业化之前,专家们估计快堆的发电成本比压水堆的高25%。左右。从长远发展的意义来说,快堆的燃料成本几乎为零,这是发展快堆的重要意义



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