关于快中子反应堆

原子能的释放、控制和利用，是20世纪重大科技成果之一。原子能是原子核裂变产生链式反应释放出的能量，故又称核能。核裂变和链式反应是在原子反应堆中停止的，所以，原子反应堆是核电站的"锅炉"。
目前的核电站中，大多数使用的是轻水堆。轻水堆以铀-235为燃料，以水作慢化剂作用是使高速中子减速和冷却剂。发电能力为100万千瓦的轻水堆，天天使用约3公斤铀-235。虽然用量不多(_sui ran yong liang bu duo)，但是由于天然铀储量有限现探明约可使用1000年，其中铀-235约只占0．7％，而99．3％是铀-238。铀-235和铀-238都是铀的同位素(dou1 shi4 you2 de0 tong2 wei4 su4)，它们的原子核都会裂变，但铀-235有其独特的裂变方式，当中子撞击其原子核时，原子核会分裂成重量几乎相等的两部分，而铀-238却不具备上述裂变方式，所以不能用作轻水堆的燃料。因此，当今核电站的核燃料中，铀-235犹如"优质煤"，而铀-238却像"煤矸石"，只能作为核废料堆积在那里，成为污染环境的"公害"。
快中子反应堆不用铀-235，而用钚-239作燃料，不过在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成钚-239。这样，钚-239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239，而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速增殖，所以这种反应堆又称"快速增殖堆"。据计算，如快中子反应堆(kuai zhong zi fan ying dui)推广应用，将使铀资源的利用率提高50-60倍，大量铀-238堆积浪费、污染环境问题将能得到解决。
在快中子反应堆中不能使用水来传递堆芯中的热量因为它会减缓快中子的速度。
钠和钾的合金可用于快中子反应堆作热交换剂。
快堆使用直径约1米的由核燃料组成的堆芯，铀238包围着堆芯的四面，构成增殖层，铀238转变成钚239的过程主要在增殖层中停止。堆芯和增殖层都浸泡在液态的金属钠中。因为快堆中核裂变反应十分剧烈，必须使用导热能力很强的液体把堆芯产生的大量热带走，同时这种热也就是用作发电的能源。钠导热性好而且不轻易减慢中子速度，不会妨碍快堆中链式反应的停止，所以是理想的冷却液体。反应堆中使用吸收中子能力很强的控制棒，靠它插入堆芯的程度改变堆内中子数量，以调节反应堆的功率。为了使放射性的堆芯同发电部分隔离开，钠冷却系统也分一次回路和二次回路。一次回路直接同堆芯接触，通过热交换器把热传给二次回路。二次回路的钠用以使锅炉加热，产生483℃左右的蒸气，用以驱动汽轮机发电。 快中子增殖堆几乎可以百分之百地利用铀资源，所以各国都在积极开发。在技术上，快堆比轻水堆难度要大得多。但是，由于它具有独特的优点，所以，美、法、日、德、俄等国都在积极开发研究快中子反应堆。早在1967年，法国就建成了一座实验反应堆。1974年，25万千瓦的快中子反应堆投入运行。1984年又建成了120万千瓦的大型商业快堆核电站。日本也设计出输出功率为30万千瓦的快中子反应堆。堆心核燃料采用铀-钚混合氧化物，堆心外围是铀-238，该快堆可使铀资源的利用率提高50倍，经济效益和社会效益十分明显。除前述5个国家外，澳大利亚、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、意大利和我国目前也积极开展了有关的研究工作。
本世纪70年代以来，原子能用于和平事业，取得了飞速发展，核电站如雨后春笋，有逐步取代石化燃料电站，成为能源舞台主角之势。据统计，目前全世界已有原子能电站400多座，发电量约占全世界发电总量的17％。其中核电发展最快的国家---法国，核电的份额已占40％。核电具有能量大、占地少、安全可靠、不受地形限制、燃料运输方便等优点，具有广阔的发展前景。我国在秦山、大亚湾核电站建成后，将再建造10座核电站。被誉为"核燃料生产工厂"的快中子反应堆是核电中的一枝奇葩，是未来能源舞台上的重要角色。2009年俄中核问题分委会第13次会议举办事宜达成协议。
圣彼得堡原子能研究所副所长莫尔恰诺夫表示，在中国建设的田湾项目属于压水堆核电站，采用了一系列新技术，能够保证核电站的高效安全工作。他强调说，田湾核电站的安全系统属于四道屏障安全系统，与前苏联时代的安全系统相比有本质区别，因为前苏联时代使用的是三道屏障安全系统。在田湾核电站设计中还采用了嫌料包壳和反应堆双层安全壳方案，并且首次采用了反应堆隔离设计方案。　　2010年7月21日 中国核工业集团公司今日在京宣布：由中核集团中国原子能科学研究院自主研发的中国第一座快中子反应堆——位于北京中国原子能科学研究院的中国实验快堆(CEFR)达到首次临界。这是中国核电领域的重大自主创新成果，意味着中国第四代先进核能系统技术实现了重大突破。由此，中国成为世界上少数几个掌握快堆技术的国家之一。
快中子反应堆是世界上第四代先进核能系统的首选堆型，代表了第四代核能系统的发展方向。其形成的核燃料闭合式循环，可使铀资源利用率提高至60%以上，也可使核废料产生量得到最大程度的降低，实现放射性废物最小化。国际社会普遍认为，发展和推广快堆，可从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问题。
中国实验快堆是国家“863”计划重大项目，也是中核集团第四代核能技术研发的重点。该堆位于北京中国原子能科学研究院，采用已在美、法、俄、日等8个国家有多堆运行经验的钠冷快堆技术，其热功率为65兆瓦，电功率20兆瓦。
通过快堆项目实施，中核集团建立了快堆工程研发中心，成为中国唯一的快堆技术研发基地和技术研发的重要平台，为中国快堆发展打下了坚实的基础。对于快堆未来发展，中核集团表示，中国快堆发展拟采取三步走的发展战略，即从实验快堆—示范快堆—大型商用快堆，建造中国实验快堆是中国快堆发展第一步。未来，中核集团将加快推进第四代核电机组-中国示范快堆的建造，并以此为契机，推动中国铀钚混合燃料制造技术等配套技术的发展，逐步建立中国先进核能体系。