快堆為什麼用鈉作冷卻劑,其它的不行嗎?

軍統60


還是從最基層的知識點切入,慢慢來說明:

要回答首先的弄清楚什麼是快堆?

快堆是相對於普遍使用的壓水堆而言的,壓水堆主要以鈾235為燃料,熱中子轟擊鈾235,會使其裂變成2~3個快中子和兩個較輕的原子核,然後快中子經慢化劑減速為熱中子後繼續轟擊鈾235,使得裂變反應能夠持續進行。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,僅鈾-235能夠在熱中子的作用下發生裂變反應,而天然鈾礦中鈾-235只佔0.714%,這就造成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。所以普通壓水堆存在:對鈾燃料的巨大浪費以及核廢料汙染大的問題。

快堆是以鈈239為燃料,鈈239裂變又可將佔鈾大部分的鈾238變成鈈239,使鈾的利用率提高到60%~70%,使核燃料快速增殖,所以又稱快速增殖堆。過程如下:

鈈—239釋放快中子----------快中子擊中鈾-238-------鈾-238轉變為鈾—239--------鈾—239經過兩次β衰變變成鈈—239-------鈈—239繼續放出快中子參與反應。

核工業的發展堆積了大量的貧鈾(含鈾-235很少的鈾-238),快堆消耗的正是貧鈾。用貧鈾來發電,同時還增殖燃料,實在是一舉多得的好事。所以國際上普遍認為,發展和推廣快堆,可以從根本上解決世界能源的可持續發展和綠色發展問題。

其次我們來看看核反應堆中的冷卻劑?

冷卻劑是用來將核裂變所釋放出的能量轉移到反應堆外的鍋爐或渦輪機中,並將動能轉變為電能。冷卻劑可以是液體,也可以是氣體,通過傳送泵在核反應堆和鍋爐之間循環傳送。目前核反應堆中主要應用液體金屬冷卻劑,其普遍具有熔點低、沸點高、比熱容大和導熱性好的特點,且在常溫下具有流動性,但是一般液態金屬對於金屬材料具有一定的腐蝕性。如Na、K、Li和低熔點合金如Pb-Bi等。

根據上面的論述,我們知道快堆為什麼用鈉作冷卻劑,是因為其自生的特點,其他金屬肯定也可以,比如上面說的K等,但需綜合經濟技術比較選擇。這就如果找對象一樣,不是說非得一個樹上吊死,但是選擇不是因為沒有他(她)不行,而是經過交流相處,找到最合適的。

最後跟大家分享:我國第一座鈉冷快中子反應堆——中國實驗快堆,於2014年 [2] 12月15日17時首次達到100%功率,截至18日17時首次實現滿功率穩定運行72小時,主要工藝參數和安全性能指標達到設計要求。這標誌著我國全面掌握了快堆的設計、建造、調試、運行的核心技術。

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白說世界


不講快堆原理及其它,只講作為“熱媒”的鈉Na特性。

鈉Na分子量22.9898,密度0.968(比水的密度1.0還輕),熔點97.72°C(比常壓下水的沸點100°C還低,即可“水浴”熔化),沸點883°C。選擇鈉Na成為“快堆”的根本是:“鈉Na元素受核輻射後並不會產生半衰期長的鈉同位素”,即便發生鈉Na洩露也不會產生核汙染。

不過鈉Na做為“快堆熱媒”也有它一個難題: “鈉Na存在對其它金屬的腐蝕性”,這也是“快堆”幾十年沒有成為“商業堆”的根本原因。

鈉Na熱媒不僅僅侵蝕快堆外殼,同時也侵蝕快堆核燃料包裹合金。原本這些“被鈉Na侵蝕”“被核輻射汙染”燃料棒“包裹合金或陶瓷”可以在“封閉容器空間”裡更換,確保“不破損”的安全運營。糟糕的是熱媒鈉Na通過循環,將被侵蝕的被核輻射“汙染”的遊離元素帶到整個“鈉Na池”而“全面汙染”,這種情況成為快堆最麻煩的問題。

不過這些“熱媒”鈉Na可以通過多級的“分子篩”過濾掉那些“被核輻射汙染過的有害離子”,使鈉Na池保持“安全輻射汙染量”,方便未來的“清洗”。

“快堆熱媒”鈉Na還有一個令人惶恐不安的考慮就是“鈉Na與水H2O強烈反應”,造成的次生災難令人恐怖。

實際上解決了“鈉Na池汙染問題”,大量高溫合金、精密陶瓷材料都能大量用於鈉Na池裡工作的“熱交換器”“鈉Na循環泵”器件上,不會有二次核汙染問題。

近年來除鈉Na池快堆,還提出“侵蝕小”“核輻射屏蔽良體”的“鉛PB池快堆”。不過比較糟糕的鉛PB遭受核輻射後會產生204PB、206PB、207PB、208PB同位素,最大半衰期達22.6年。鉛PB池快堆最大的優勢就是“比鈉Na池快堆”體積更小,事故次生災害會小一些。

目前鈉Na池快堆已經進入“示範堆”階段,而鉛PB池快堆則仍在“試驗堆”階段。但無論哪種快堆取得突破都將給人類帶來能源新格局,任重道遠。




B座603-YXQ


錫也可以,兩百多度的熔點,比鈉高一百三十度。


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