基本介紹
- 中文名：快堆技術
- 簡稱：快中子反應堆
- 原理：快中子來引起裂變
- 優點：增大核燃料利用率
原理分析,增大利用率,大事記,
原理分析
儘管利用熱中子反應堆可以得到巨大的核能，但是，在天然鈾中，僅有0.714%的鈾同位素——鈾－235，能夠在熱中子的作用下發生裂變反應，而占天然鈾絕大部分的鈾同素——鈾－238卻不能在熱中子的作用下發生裂變反應。
但鈾－238在吸收中子後，經過幾次核衰變，可以變成另一種可裂變的核材料鈽－239。
快堆中常用的核燃料是鈽—239，而鈽—239發生裂變時放出來的快中子會被裝在反應區周圍的鈾－238吸收，又變成鈽—239。這就是說，在堆中一邊消耗鈽—239，又一邊使鈾－238轉變成新的鈽—239，而是新生的鈽—239比消耗掉的還多，從而使堆中核燃料變多。反應開始循環持續下去。
此過程包括 鈽—239-----------釋放快中子，轉變為U235----------快中子擊中鈾－238-------鈾－238轉變為鈽—239--------鈽—239繼續放出快中子參與反應
世界上可經濟開採的鈾資源只相當於世界石油貯量的1/4。因此，利用原先的熱中子反應堆發電無法根本解決人類無限需求的能源問題。且這種熱堆，在鈾資源的利用上極差，只有1～2%可以用來發電，而其餘的98～99%的鈾只能被作為廢料－貧鈾棄置。
這樣，在原子能工業中我們需要找到新的辦法來解決這個問題。其中一個方法是，充分利用貧鈾；另一個方法是，根本不用鈾。這裡講第一種方法。
在熱中子反應堆內，中子的速度要通過慢化劑，實際上就是水，慢化之後打擊到目標核U235上，才能引起裂變放出能量，發電時，核燃料U235越燒越少。快中子反應堆不需要慢化劑，它由快中子引發U238轉化為Pu239裂變，在發電的同時，核燃料增殖，會越燒越多。但是實際上還是消耗了外部材料U238,使更多的U238參與反應。
增大利用率
理論上快堆可以將鈾－238、鈾－235及鈽－239全部加以利用。但由於反覆後處理時的燃料損失及在反應堆內變成其他種類的原子核，快堆只能使60～70%的鈾得到利用。即使如此，也比目前熱堆中的壓水堆對鈾的利用率高140倍，比重水堆高70倍以上。然而由於貧鈾、乏燃料、低品位鈾礦乃至海水裡的鈾，都是快堆的“糧食”來源，所以快堆能為人類提供的能源，就不是比熱中子反應堆大幾十倍，而是大幾千倍，幾萬倍，甚至更多。
由於在快堆內鈽－239裂變後放出的中子比鈾－235多，所以快堆內最好用鈽－239作為核燃料。如果沒有足夠的鈽，可以用鈾－235濃縮度為l5%～20%的濃縮鈾代替。但是最經濟合理的辦法，還是利用熱中子反應堆中積累的工業鈽。熱中子堆卸料時，乏燃料中也積累了一部分鈽。但由於熱中子反應堆核電站內，核燃料元件的燃耗比生產核武器裝料用的生產堆的燃耗深，所以鈽中含有20%～30%的鈽－240，這種鈽稱為工業鈽。這種鈽也可以在熱中子反應堆內利用。在熱中子堆內，l千克鈽只相當0.8千克鈾－235，而在快堆內，1千克鈽可相當於1.4千克鈾－235。所以在快堆內使用熱中子堆積累的工業鈽，比在熱中子堆內使用要合算得多；
在目前的核電站中，由於重水堆消耗的核燃料少，積累的工業鈽多，所以用重水堆為快堆積累工業鈽，也就是建立重水堆－快堆組合體系，從核燃料循環的角度看來，最為有利。
由於只要不斷添加鈾－238，快堆中有多餘的鈽－239能不斷產生出來，所以只要將這些新產生出來的核燃料，通過後處理不斷提取出來，則快堆核電站每過一段時間，它所得到的鈽－239，還可以裝備一座相同規模的快堆。這段時間稱為倍增時間。倍增時間除了決定於反應堆內鈽－239的生成速度外，還決定於後處理提取鈽，並將鈽製成燃料元件所需的時間，以及庫存時間。
經過一段倍增的時間，l座快堆會變成2座快堆，再經過一段倍增時間，這2座快堆就變成4座。按照目前的情況快堆使用的核燃料多為氧化物，它的倍增時間是30多年。也就是說，只要添加鈾－238，每過30多年，快堆核電站就可翻一番。只要這種氧化物核燃料快堆稍加改進，倍增時間就可縮短到20年左右。如果我們將快堆的核燃料由氧化物改為碳化物，則快堆的倍增時間可以縮短到10多年。如果改為金屬型核燃料，則倍增時間還可縮短到6～7年。
大事記
1986年863計畫實施，開始“快中子增殖堆”課題預研1995年12月中國實驗快堆工程立項
1997年8月中國實驗快堆被列為863計畫重大項目
2000年5月核島澆灌第一罐混凝土
2002年8月核島廠房封頂
2005年8月堆本體安裝開始
2007年6月堆內構件安裝完成
2007年7月主控室交調
2007年12月完成模擬組件安裝
2008年12月全廠安裝完成，綜合冷調開始
2009年3月堆本體氣密性試驗完成
2009年4月冷態調試結束，熱態調試開始
2009年8月熱態調試結束，具備首次裝料條件
2010年6月首次裝料
2010年7月首次臨界
