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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

清华大学 2021-04-13