快堆:核燃料越燒越多 核廢料越燒越少
    2010-08-02        來源:經(jīng)濟(jì)參考報(bào)

    快堆是快中子增殖反應(yīng)堆的簡稱,這是堆芯中核燃料裂變反應(yīng)主要由平均能量為0.1Mev以上的快中子引起的反應(yīng)堆,其重要特點(diǎn)是在消耗核燃料的同時,產(chǎn)生多于消耗的核燃料。
  一、熱堆與快堆
  目前全世界有400多座核電站,多數(shù)為輕水堆,分壓水堆和沸水堆兩類,主要是由熱中子引發(fā)裂變反應(yīng),因而又被稱為熱堆。熱堆消耗的主要核燃料是鈾235。自然界中鈾235的蘊(yùn)藏量僅占0.66%,其余絕大部分是鈾238,占99.2%。為保證核反應(yīng)正常進(jìn)行,一般輕水堆采用3%~4%的濃縮鈾235為原料,也就是說真正參與核反應(yīng)的原料鈾235只有3%~4%,余下是會產(chǎn)生輻射的鈾238核廢料。
  快堆不用鈾235,而用钚239作燃料,不過在堆心燃料钚239的外圍再生區(qū)里放置鈾238。钚239產(chǎn)生裂變反應(yīng)時放出來的快中子,被裝在外圍再生區(qū)的鈾238吸收,變?yōu)殁?39,鈾239經(jīng)過幾次衰變后轉(zhuǎn)化為钚239。在大型快堆中,平均每10個鈾235原子核裂變可使12至14個鈾238轉(zhuǎn)變成钚239。這樣,钚239裂變,在產(chǎn)生能量的同時,又不斷地將鈾238變成可用燃料钚239,而且再生速度高于消耗速度,核燃料越燒越多,快速增殖,所以這種反應(yīng)堆又稱快速增殖堆。
  二、快堆的優(yōu)勢
  核燃料越燒越多:目前,在核電站中廣泛應(yīng)用的壓水堆(如我國的秦山、大亞灣核電站堆型)對天然鈾資源的利用率只有約1%,而快堆則可將這一利用率提高到60%~70%。這對充分利用我國的鈾資源,促進(jìn)核電持續(xù)發(fā)展,解決我國的后續(xù)能源供應(yīng)問題具有重要意義。
  由于利用率的提高,相對較貧的鈾礦有了開采的價值。就世界范圍講,可采鈾資源將因此增加上千倍。以目前探明的天然鈾儲量推測,快堆的使用可以使鈾資源可持續(xù)利用3000年以上。
  核廢料越燒越少:熱堆反應(yīng)后的剩余物的放射性仍然很強(qiáng),如果直接進(jìn)行地質(zhì)處置,耗資極其驚人。而這些核廢料在快堆反應(yīng)中經(jīng)過回收再利用以后,放射性物質(zhì)的衰變期只有二三百年,可以大大減少核廢物處置量,降低乏燃料長期毒性風(fēng)險(xiǎn)。
  三、世界快堆發(fā)展歷程
  國際上快堆發(fā)展從上世紀(jì)40年代起步,只比熱堆晚四年,而且第一座實(shí)現(xiàn)核能發(fā)電的是快堆。截至目前,世界上共建成了各種類型的快堆21座——
  1946年,美國建成世界上第一座實(shí)驗(yàn)性快中子反應(yīng)堆,即熱功率25千瓦的克來門汀(Clementine)。
  1967年,法國建成名為“狂想曲”的熱功率為4萬千瓦的反應(yīng)堆;1974年,25萬千瓦的快中子反應(yīng)堆投入運(yùn)行。
  1980年,蘇聯(lián)建成電功率60萬千瓦的快中子實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。
  1985年,法、德、意三國建成功率120 千瓦的經(jīng)濟(jì)驗(yàn)證快堆Superhenix-1。
  1994年,日本建成功率31.8萬千瓦的文殊(Monju)原型快堆。
  由于技術(shù)難度大,世界各國的快堆仍然停留在實(shí)驗(yàn)堆的基礎(chǔ)上,尚未發(fā)展到商用階段。隨著快堆技術(shù)的日臻完善,接近成熟,國際上預(yù)計(jì)將掀起快堆發(fā)展高潮。
  俄羅斯:已開始建造兩座80萬千瓦的快堆電站,一座在斯維爾德洛夫斯克,一座在南烏拉爾。
  日本:成立了日本核燃料循環(huán)研究院,加強(qiáng)快堆技術(shù)開發(fā)。
  韓國:在美國通用電氣的幫助下積極發(fā)展功率13萬千瓦的實(shí)驗(yàn)快堆。
  巴西:開始組織快堆技術(shù)的發(fā)展工作。
  印度:2001年開始建造電功率50萬千瓦的快堆電站。

(材料由中核集團(tuán)提供)

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