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發展快中子核電站

1、快中子與熱中子的特性快堆是今天唯一的技術路線有效為人類提供一種無污染，取之無盡的能源堆型。快堆的四個優點是：（一）佳化環保（二）核廢料少（三）燃料閉式循環，充分利用天然鈾中的U238（四）嬗變少類錒系核素（NP錚，Am镅，Cm鋦）轉化成為廢料。快堆利用的中子是直接裂變出來的快中子（其平均能量約為2Mev）。因為其裂變截面（即裂變概率）在這個能域很小，（例如，在這平均能域，Pu239的σf≌1barn），故快堆需要的鈾或钚的富集度E較大（13%圖1：Pu239的裂變及俘獲有效截面σf及σc隨入射中子能量的變化λ(b)=f(E(ev))2、快堆的增殖作用快堆在燃料燃耗的過程中，可以將U238嬗變為Pu239（可裂變核素）,但是堆中必須具備足夠的中子。其條件是，當Pu239吸收一個中子產生裂變放出的中子數目應大于2.3（即>2.3），其中一個中子維持鏈式反應，一個中子將U238嬗變為Pu239增殖作用，0.3個中子被結構吸收或外漏。這就能將貧鈾U238（即濃縮鈾工廠出來的天然鈾中含有99.3%的U238）全部焚燒，理論上可以將天然鈾燒至100%，而不限于0.7%。這是說，對快堆的每Kwh的電價根本是近于零。目前世界上累積的貧鈾數量已夠快堆發電千年。這是說，從壓水堆過渡至快堆之后，可以實現一個無限期發電的世界。 3、快堆的概念設計及安全問題反應堆的功率比P是與裂變核（Pu或U235）的反應率成正比如下：因為快堆的微觀裂變截面比壓水堆的小10至100倍，故快堆需要的燃料（Pu）的富集度較大（13%至26.5%）。壓水堆的燃料（U235）的富集度（N5/N5+N8）僅4%左右。壓水堆的中子平均能量E=400Ker，快堆的中子平均能量E=2Mev，堆的功率密度為300Mw/cm3，比壓水堆的約大三至四倍。這么大的功率密度，正適用液態金屬（鈉）將熱量排泄。鈉的作用是實現一個高中子譜，傳遞高密度（W/cm3）的熱量。快堆有兩種堆型：（一）池型（二）回路型中國，俄羅斯，法，英，美，印度采用池型，日本采用回路型。快堆由三個回路組成：（一）回路為鈉池，堆芯（二）二回路，為中間鈉回路（三）三回路為水蒸汽發生器的水回路

清華大學 2021-04-13

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