快堆为什么用钠作冷却剂,其它的不行吗?

军统60


还是从最基层的知识点切入,慢慢来说明:

要回答首先的弄清楚什么是快堆?

快堆是相对于普遍使用的压水堆而言的,压水堆主要以铀235为燃料,热中子轰击铀235,会使其裂变成2~3个快中子和两个较轻的原子核,然后快中子经慢化剂减速为热中子后继续轰击铀235,使得裂变反应能够持续进行。尽管利用热中子反应堆可以得到巨大的核能,但是在天然铀中,仅铀-235能够在热中子的作用下发生裂变反应,而天然铀矿中铀-235只占0.714%,这就造成热堆在铀资源的利用上极差,只有1~2%可以用来发电,而其余的98~99%的铀只能被作为废料-贫铀弃置。所以普通压水堆存在:对铀燃料的巨大浪费以及核废料污染大的问题。

快堆是以钚239为燃料,钚239裂变又可将占铀大部分的铀238变成钚239,使铀的利用率提高到60%~70%,使核燃料快速增殖,所以又称快速增殖堆。过程如下:

钚—239释放快中子----------快中子击中铀-238-------铀-238转变为铀—239--------铀—239经过两次β衰变变成钚—239-------钚—239继续放出快中子参与反应。

核工业的发展堆积了大量的贫铀(含铀-235很少的铀-238),快堆消耗的正是贫铀。用贫铀来发电,同时还增殖燃料,实在是一举多得的好事。所以国际上普遍认为,发展和推广快堆,可以从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问题。

其次我们来看看核反应堆中的冷却剂?

冷却剂是用来将核裂变所释放出的能量转移到反应堆外的锅炉或涡轮机中,并将动能转变为电能。冷却剂可以是液体,也可以是气体,通过传送泵在核反应堆和锅炉之间循环传送。目前核反应堆中主要应用液体金属冷却剂,其普遍具有熔点低、沸点高、比热容大和导热性好的特点,且在常温下具有流动性,但是一般液态金属对于金属材料具有一定的腐蚀性。如Na、K、Li和低熔点合金如Pb-Bi等。

根据上面的论述,我们知道快堆为什么用钠作冷却剂,是因为其自生的特点,其他金属肯定也可以,比如上面说的K等,但需综合经济技术比较选择。这就如果找对象一样,不是说非得一个树上吊死,但是选择不是因为没有他(她)不行,而是经过交流相处,找到最合适的。

最后跟大家分享:我国第一座钠冷快中子反应堆——中国实验快堆,于2014年 [2] 12月15日17时首次达到100%功率,截至18日17时首次实现满功率稳定运行72小时,主要工艺参数和安全性能指标达到设计要求。这标志着我国全面掌握了快堆的设计、建造、调试、运行的核心技术。

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白说世界


不讲快堆原理及其它,只讲作为“热媒”的钠Na特性。

钠Na分子量22.9898,密度0.968(比水的密度1.0还轻),熔点97.72°C(比常压下水的沸点100°C还低,即可“水浴”熔化),沸点883°C。选择钠Na成为“快堆”的根本是:“钠Na元素受核辐射后并不会产生半衰期长的钠同位素”,即便发生钠Na泄露也不会产生核污染。

不过钠Na做为“快堆热媒”也有它一个难题: “钠Na存在对其它金属的腐蚀性”,这也是“快堆”几十年没有成为“商业堆”的根本原因。

钠Na热媒不仅仅侵蚀快堆外壳,同时也侵蚀快堆核燃料包裹合金。原本这些“被钠Na侵蚀”“被核辐射污染”燃料棒“包裹合金或陶瓷”可以在“封闭容器空间”里更换,确保“不破损”的安全运营。糟糕的是热媒钠Na通过循环,将被侵蚀的被核辐射“污染”的游离元素带到整个“钠Na池”而“全面污染”,这种情况成为快堆最麻烦的问题。

不过这些“热媒”钠Na可以通过多级的“分子筛”过滤掉那些“被核辐射污染过的有害离子”,使钠Na池保持“安全辐射污染量”,方便未来的“清洗”。

“快堆热媒”钠Na还有一个令人惶恐不安的考虑就是“钠Na与水H2O强烈反应”,造成的次生灾难令人恐怖。

实际上解决了“钠Na池污染问题”,大量高温合金、精密陶瓷材料都能大量用于钠Na池里工作的“热交换器”“钠Na循环泵”器件上,不会有二次核污染问题。

近年来除钠Na池快堆,还提出“侵蚀小”“核辐射屏蔽良体”的“铅PB池快堆”。不过比较糟糕的铅PB遭受核辐射后会产生204PB、206PB、207PB、208PB同位素,最大半衰期达22.6年。铅PB池快堆最大的优势就是“比钠Na池快堆”体积更小,事故次生灾害会小一些。

目前钠Na池快堆已经进入“示范堆”阶段,而铅PB池快堆则仍在“试验堆”阶段。但无论哪种快堆取得突破都将给人类带来能源新格局,任重道远。




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锡也可以,两百多度的熔点,比钠高一百三十度。


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