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快中子反應堆

目前的核電站中,大多數使用的是輕水堆。輕水堆以鈾-235為燃料,以水作慢化劑作用是使高速中子減速和冷卻劑。發電能力為100萬千瓦的輕水堆,每天使用約3公斤鈾-235。雖然用量不多,但是由於天然鈾儲量有限現探明約可使用1000年,其中鈾-235約只占0.7%,而99.3%是鈾-238。鈾-235和鈾-238都是鈾的同位素,它們的原子核都會裂變,但鈾-235有其獨特的裂變方式,當中子撞擊其原子核時,原子核會分裂成重量幾乎相等的兩部分,而鈾-238卻不具備上述裂變方式,所以不能用作輕水堆的燃料。因此,當今核電站的核燃料中,鈾-235如同"優質煤",而鈾-238卻像"煤矸石",只能作為核廢料堆積在那裏,成為汙染環境的"公害"。

為了解決上述問題,使鈾資源得到充分利用,科學家正在開發研究、設計另壹種形式的反應堆---快中子反應堆,簡稱"快堆"。快堆不用鈾-235,而用鈈-239作燃料,不過在堆心燃料鈈-239的外圍再生區裏放置鈾-238。鈈-239產生裂變反應時放出來的快中子,被裝在外圍再生區的鈾-238吸收,鈾-238就會很快變成鈈-239。這樣,鈈-239裂變,在產生能量的同時,又不斷地將鈾-238變成可用燃料鈈-239,而且再生速度高於消耗速度,核燃料越燒越多,快速增殖,所以這種反應堆又稱"快速增殖堆"。據計算,如快中子反應堆推廣應用,將使鈾資源的利用率提高50-60倍,大量鈾-238堆積浪費、汙染環境問題將能得到解決。

在技術上,快堆比輕水堆難度要大得多。但是,由於它具有獨特的優點,所以,美、法、日、德、俄等國都在積極開發研究快中子反應堆。早在1967年,法國就建成了壹座實驗反應堆。1974年,25萬千瓦的快中子反應堆投入運行。1984年又建成了120萬千瓦的大型商業快堆核電站。日本也設計出輸出功率為30萬千瓦的快中子反應堆。堆心核燃料采用鈾-鈈混合氧化物,堆心外圍是鈾-238,該快堆可使鈾資源的利用率提高50倍,經濟效益和社會效益十分明顯。除前述5個國家外,澳大利亞、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、意大利和我國目前也積極開展了有關的研究工作。

本世紀70年代以來,原子能用於和平事業,取得了飛速發展,核電站如雨後春筍,有逐步取代石化燃料電站,成為能源舞臺主角之勢。據統計,目前全世界已有原子能電站400多座,發電量約占全世界發電總量的17%。其中核電發展最快的國家---法國,核電的份額已占40%。核電具有能量大、占地少、安全可靠、不受地形限制、燃料運輸方便等優點,具有廣闊的發展前景。我國在秦山、大亞灣核電站建成後,將再建造10座核電站。被譽為"核燃料生產工廠"的快中子反應堆是核電中的壹枝奇葩,是未來能源舞臺上的重要角色。 快堆的實例是日本茨城縣東海村的常陽反應堆,以及福井縣敦賀市的文殊反應堆

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