氣冷快中子增殖反應堆是一種以快中子引起易裂變核鈾-235或鈽-239等裂變鏈式反應，以氦氣作為冷卻劑的堆型。運行時一方面消耗裂變燃料（鈾-235或鈽-239等），同時又生產出裂變燃料(鈽-239等)，而且產大於耗，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吸收中子後變成鈽-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。快堆是當今唯一現實的增殖堆型。
基本介紹
- 中文名：氣冷快中子增殖反應堆
- 外文名：steam-cooledfast-breed reactor
核燃料中包含兩種成分，一種是如鈾-235、鈽-239等容易產生分裂的同位素，稱為“可裂變物質”，另一種是如鈾-238等的，捕捉到一個中子後可以轉變為相對應的可裂變物質，因此稱為“增殖性材料”，如鈾-238可轉變為鈽-239，釷-232可轉變為鈾-233。
反應原理
核燃料進行裂變反應時，每次的裂變會產生2到3箇中子，如果反應堆沒有使用緩和劑（減速劑），則大部分的核裂變都將由快中子所誘發，這類的反應堆就稱為快中子反應堆。快中子有的會逃出核心、被其它材料吸收或被燃料本身吸收，若能有至少一個中子能再誘發分裂，核反應就能持續下去。而在反應堆中，可裂變物質一方面因耗分裂而消耗，另一方面卻因增殖性材料捕獲中子變為可裂變物質而增加，若增加的速度快過消耗的速度，這種反應堆就稱為增值反應堆。
增殖性材料可由高速中子誘發分裂，但低速中子和熱中子則不行，另外增殖性材料分裂後產生的高速中子，容易與原子核發生非彈性碰撞而使能量降低到不足以誘發其它分裂，因此燃料里仍然需要足夠的可裂變物質，故氣冷快中子增殖反應堆的可裂變物質濃度較一般商用反應堆要高。反應堆要達到增值的目的，一方面必須有效利用中子，由於快中子反應堆的中子泄逸比例較大，因此多在反應堆外圍包上一層由增殖性材料組成的圍包（blanker），以捕獲由核心泄逸出來的中子。
另一方面，需儘量增加每箇中子誘發分裂而釋放出來的中子數（稱為η值），理論上至少要達到2，若中子沒有消耗，則其中一個用於誘發下一個核分裂，另一個則被增殖性材料吸收，這樣可裂變物質增加的速度才能剛好等於消耗速度，由此可知增值反應堆的η值必須大於2。以鈾-235、鈽-239和鈾-233等做為可裂變物質的η值，在快中子反應堆中分別為2.10、2.45和2.31，且鈾-238也是含量最多的鈾同位素，故以鈽-239為可裂變物質，以鈾-238為增殖性材料的，用做快增值反應堆的潛力最大。
Figure 1氣冷快中子增殖反應堆示意圖
Figure 1氣冷快中子增殖反應堆示意圖