快中子增殖反應堆

快堆是一種以快中子引起易裂變核鈾-235或钚-239等裂變鏈式反應的堆型。

簡介

英譯

Fast Breeder Reactor（FBR）

重要特點

運行時一方面消耗裂變燃料（鈾-235或钚-239等），同時又生產出裂變燃料(钚-239等)，而且產大于耗，真正消耗的是在熱中子反應堆中不大能利用的、且在天然鈾中占99.2%以上的鈾-238,鈾-238吸收中子后變成钚-239。在快堆中，裂變燃料越燒越多，得到了增殖，故快堆的全名為快中子增殖反應堆?？於咽钱斀裎ㄒ滑F實的增殖堆型。

涉及工程

截至2024年3月31日，我國運行核電機組共56臺（不含臺灣地區(qū)），裝機容量為58218.34MWe（額定裝機容量）。2024年1-3月全國共有1臺核電機組裝料、無核電機組投入商運。主要堆型是壓水堆。壓水堆是熱中子堆（或稱慢中子堆），主要利用鈾-235作為裂變燃料,而鈾-235只占天然鈾的0.7%左右。對壓水堆來說，燒一次只能燒掉核燃料（即投入鈾資源）的0.45%左右,剩下的99%還是燒不掉,其中主要是鈾-238。

如果把快堆發(fā)展起來，將壓水堆運行后產生的工業(yè)钚和未燒盡的鈾-238作為快堆的燃料也進行如上的多次循環(huán)，由于它是增殖堆，裂變燃料實際不消耗，真正消耗的是鈾-238,所以只有鈾-238消耗完了,才不能繼續(xù)循環(huán)。理論上，發(fā)展快堆能將鈾資源的利用率提高到100%,但考慮到加工、處理中的損耗，一般來說可以達到60%～70%的利用率，是壓水堆燃料一次通過的利用率的130～160倍。利用率提高了,貧鈾礦也有開采價值,這樣,從世界范圍講,鈾資源的可采量將提高上千倍。

中國開發(fā)技術

開發(fā)時間

1986年,我國快堆技術開發(fā)納入國家“863”高技術計劃,開始了以6.5萬千瓦熱功率實驗快堆為工程目標的應用基礎研究。研究重點是快堆設計研究、燃料和材料、鈉工藝、快堆安全等。至1993年總共建成20多臺套有一定規(guī)模的實驗裝置和鈉回路,為中國實驗快堆的設計奠定了基礎。

1993年，我國快堆研究進入發(fā)展階段。由于我國在快堆基礎研究和應用基礎研究階段對快堆設備和系統(tǒng)研究甚少，因此遵照以我為主、引進國外先進技術的原則，與俄羅斯進行了聯合快堆技術設計,接著進行了自主的初步設計和施工設計，目前設計已經完成,主體土建工程已經結束,已有300多臺大型設備安裝就位,正在進行各系統(tǒng)的安裝；燃料已驗收，主要設備已到貨，以設備投資計國產化率達到70%。2005年初，核級鈉將進廠,堆本體將進行安裝,預計2007年首次臨界。

2010年7月22日，中國核工業(yè)集團宣布，中國原子能科學研究院自主研發(fā)的中國第一座快中子反應堆——中國實驗快堆（CEFR）達到首次臨界，這意味著我國第四代先進核能系統(tǒng)技術實現重大突破。

快堆技術比較復雜，工程開發(fā)投資較大，我們在國家“863”高技術計劃領導下，完成了我國快堆發(fā)展戰(zhàn)略和技術路線的研究，并提出我國快堆工程技術分三步發(fā)展的建議：

第一步，中國實驗快堆，熱功率6.5萬千瓦，電功率2萬千瓦,目前正在建造,計劃2007～2008年臨界和并網。

第二步，中國原型快堆，電功率約60萬千瓦,建議2013年建造，2020年運行,目前正處規(guī)劃建議階段。

第三步，中國商用驗證堆，電功率100萬～150萬千瓦,建議2018年建造，2025年運行,在此基礎上2030年～2035年批量推廣大型高增殖快堆。

國外快堆的發(fā)展已有半個世紀,發(fā)展快堆的9個國家美、俄、英、法、日、德、意、印、韓總共建成過21座快堆。

目前所有建造快堆的國家為了未來大規(guī)模核能的發(fā)展，均不同程度地開始研究用快堆來焚燒熱堆產生的放射性廢物，使核能變成更加清潔的能源，同時也開展一些新型快堆的預研。

需要大規(guī)模發(fā)展核能來替代常規(guī)能源的國家,必然要發(fā)展快堆和相應的閉式燃料循環(huán),將鈾資源用好、用盡。如果熱堆發(fā)展已有一定規(guī)模，就應考慮首先用快堆、繼而用更有效的加速器驅動次臨界快堆將長壽命廢物盡量焚燒掉，讓需要地質深埋的廢物盡量減少。

快堆缺點

由于快中子增值反應堆中的核反應會產生核武器的重要原料钚-239，因而有較大的核武器擴散風險。