行波堆

行波堆：Traveling Wave Reactor不同於現有商業化的堆，通過對抑制堆芯燃料的分布和運行，核燃料可以從一端負級啟動點燃，裂變產生的多餘中子將周圍不能裂變的U-238轉化成Pu-239，當達到一定濃度之後，形成持續的裂變反應，同時開始焚燒在原位生成的燃料，形成行波。行波以增殖波先行焚燒後增殖，一次性裝料可以連續運行數十年甚至上百年（如圖1所示，圖中紅色代表鈾-238，淡綠色代表鈽-238，黑色代表裂變產物。在格子裡的藍色強度代表中子通量密度）。為維持運行，堆芯燃料部分保持常規的大小質量，通過核工程師們熟知的方式利用核能：通過蒸汽發生器將核反應產生的熱量帶出堆芯，轉換為蒸汽的動能進而推動汽輪機做功，產生電能。除最初的啟動源需要濃縮鈾，其他所有燃燒都可以來自天然的材料。因此不需要分離濃縮。形象的說，行波堆像蠟燭，用火柴點燃後逐漸燒盡，並可以點燃其他蠟燭。

基本介紹

• 中文名：行波堆
• 外文名：Traveling Wave Reactor 

原理

資料顯示，行波堆技術就是能將貧瘠的核能原料，在反應堆內直接轉化為可使用的燃料並充分焚燒利用。通俗地說，作為核反應堆的主要燃料，天然鈾中只有約0.7%的同位素能被直接利用，但是，利用行波堆技術，鈾資源的30－40%，甚至60－70%可以物盡其用。和其他核反應堆不同的是，行波堆技術可以直接利用被廢棄的鈾同位素，甚至是只經過簡單轉化的核電站廢棄燃料，對其深度焚燒而產生巨大能量，將沉重廢物負擔轉換為高額經濟效益。從這一點上看，其與我國不久前投產的試驗快堆很相似。但行波堆的另一大優勢就是無須換料及後處理，不僅可以提高運行安全性，更能極大降低核擴散風險。

最新進展

據悉，微軟創始人比爾·蓋茨在了解到該項技術後，資助美國泰拉能源公司開展研究，並親自到中國、日本為行波堆的科研尋找合作夥伴。比爾·蓋茨在中國期間與國家能源局、中國核工業集團公司（簡稱：中核集團）、中廣核集團、國家核電技術公司、中國戰略與管理研究會等單位進行了接觸，並與國家核電技術公司

簽署了技術交流合作諒解備忘錄。雙方表示，將就“行波堆”和其他先進核能技術積極展開技術交流與協作，推動雙方企業和中美兩國在核能領域的進一步合作，為世界能源利用向著更清潔、更安全、更經濟的方向發展做出貢獻。結束中國之行後，比爾·蓋茨又前往日本，與日本東芝公司商談合作。據介紹，比爾·蓋茨最初計畫訪問中國、日本和印度，但最後只選擇了中國和日本，沒有訪問印度。

國家能源局電力司核電處正在籌備建立行波堆辦公室，協調我國各方面力量研發行波堆技術。已開始從我國核電企業抽調專家開展籌備工作。

廈門大學能源研究院的工作簡報顯示，2009年12月，經過與泰拉能源公司內部及合作夥伴充分討論、醞釀，並由比爾·蓋茨和主要投資人認可，廈門大學能源研究院協助泰拉能源公司完成並向國家能源局提交了一份合作計畫建議書。該院院長李寧表示，泰拉能源公司詳細分析了中國的核發展狀況和規劃，以及主要研究核能的研發單位和核電成本，非常推崇中國率先發展核能所取得的豐富成果。因此，決定首先到中國來推廣這個行波反應堆先進技術。

據介紹，泰拉能源公司計畫10年內建成行波堆示範工程，15年內實現商業化建設。

蓋茨（中）訪問中國原子能院

行波堆的發展歷史

行波堆的想法可追溯到20世紀，1958年Saveli Feinberg首次提出了反應堆堆芯自增殖的概念，並稱之為“breed and burn”反應堆。Michael Driscoll 對這一概念進行了更深入的研究，並在1979年發表了相關的論文。此後，1988年Lev Feoktistov，1995年EdwardTeller和Lowell Wood，2000年Hugo van Dam 以及2001年HiroshiSekimoto也先後發表了相關的研究論文。

迄今為止，全球還沒有建造真正的TWR。但是2006年，Intellectual Ventures成立了一家名字叫做TerraPowerLLC的子公司，對這種行波堆的概念進行工程化設計和經濟性評價。

TerraPower設計了低功率到中等功率（30萬千瓦）到大功率（約100萬千瓦）的幾種不同的級別的反應堆，開發出了一個實用的設計。

IntellectualVentures公司已獲得了該技術的專利，正和一家反應堆製造商討論專利許可事宜。儘管仍有一些基本的設計問題需要加以解決，如反應堆如何在事故條件下運行的精確模型等，但有關方面認為，一個商業化反應堆可在2020年初開始運行。IntellectualVentures 公司認為，在核工業全面復興和核燃料供應緊張的情形下，行波堆設計沿著這條路走下去一定會吸引更多人的目光