快中子堆是由快中子引起原子核裂变链式反应,并可实现核燃料增殖的核反应堆,能够使铀资源得到充分利用,还能处理热堆核电站生产的长寿命放射性废弃物。
快中子堆,全称应为快中子核反应堆,也叫快速增值核反应堆。
产生:
现在在用的核反应堆多数为轻水堆(分压水堆和沸水堆)两类,采用铀235为原料,一般自然界铀235的蕴藏量为0.7%,为保证核反应正常进行,一般轻水堆采用3-4%浓缩铀235为原料,也就是说真正参与核反应的原料只有3-4%,余下是会产生辐射的铀238废料,铀238不能由中子直接激发裂变产生能量。长期以来核废料的处理一直是一大难题。
原理:
在早期核反应实验时,有人发现铀238在参与裂变时,会少量吸收高速中子变为铀239,但铀239极不稳定,会快速衰变为较为稳定的钚239,钚239亦可作为与U235相似的裂变原料。
基于此特性,60年代末法国科学家首先通过加大快中子产生量,制造出了第一台快中子堆。以较为普遍的浓缩铀235为原料,通过快中子使原料中铀238不断转化为钚239,产生大于消耗,使得原料实现不断增值。
优势:
采用快中子堆,短期来看,首先解决了核废料的处理问题。快速堆可以使原料利用率提高50-60倍,即实际原料重量的70%左右(一说90%,个人认为不太可能),产生废料的量大为减少,周期也大大增加。长期来看,可以解决长期人类对裂变性核原料的需求。
技术
现阶段基本掌握快中子堆技术的国家为美国、法国、日本、俄罗斯等,真正能有能力实现商业化运营的只有法国一家,我国亦广泛开展了该领域的研究,现已有数座试验性快堆在使用中。快堆技术难度远较技术成熟的压水堆高,即使是核原料的组合堆置也有一定技术要求,故推广有难度。