快中子增殖堆的安全特性能源学院核反应堆工程潘夏云（1080230111）什么是快中子增殖堆？?快堆是由快中子产生裂变反应，以氧化铀和氧化钚或金属铀作燃料，主要以奥氏体不锈钢作结构材料，以金属钠作冷却剂，不需要慢化剂的核反应堆；?快堆在消耗核燃料提供能量的同时，产生多于消耗的核燃料。快堆的一些突出优点?充分合理地利用有限的核资源，保障核能长期稳定的发展（可大量地将铀-238转换为钚-239，铀资源利用率高）；?引入快堆可达到合理的核燃料封闭循环（可将工业钚和贫铀作增殖材料）；?有利于解决长寿命锕系元素的最终处置问题（在快堆中锕系元素可以消化掉）快堆堆芯结构?快堆一般以氧化铀和氧化钚混合燃料（U-235，Pu-239）或金属铀（U-235）作燃料，燃料加工成圆柱状芯块，装入到直径约为6毫米的不锈钢包壳内，构成燃料元件。几十到几百根燃料元件组合排列成六角形的燃料组件；?快堆堆芯分为燃料区和增殖再生区两部分。燃料区、增殖区·燃料区由几百个六角形燃料组件盒组成。每个燃料盒的中部是混合物核燃料芯块制成的燃料棒，两端是由天然（或贫化）二氧化铀束棒组成的增殖再生区；核燃料区的四周是由二氧化铀棒束组成的增殖再生区；·铀238包围着堆芯的四周构成增殖层，钚-239（或铀-235）裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成钚-239。238U＋n→239U→239Np→239Pu为什么选择钠冷却剂?钠冷快堆用液态金属钠作为冷却剂，通过流经堆芯的液态钠将核反应释放的热量带出堆外。钠的中子吸收截面小；导热性好；沸点高达886.6℃，所以在常压下钠的工作温度高，快堆使用钠做冷却剂时只需两、三个大气压，冷却剂的温度即可达500-600℃；比热大，因而钠冷堆的热容量大；在工作温度下对很多钢种腐蚀性小；无毒。所以钠是快堆的一种很好的冷却剂。世界上现有的、正在建造的和计划建造的都是钠冷快堆。快堆的安全特性?具有足够大的负功率反应系数，保证堆的自稳定性，在停堆系统失效的情况下使堆的功率降到安全水平；?冷却剂压力低，只有0.7～0.8MPa，一回路容器和管道承压低，不易损坏；?钠的比热大，因此堆芯有很大的热容量。又钠的热导率大，堆芯有很大的热惰性，对瞬变有很强的适应能力。钠的流动性好，停堆后易形成自然对流，可非能动导出余热。冷却剂稳定上升速率低，有足够时间应急。?多道安全屏障。在快堆中，放射性材料和周围环境之间设有三道安全屏障，即燃料包壳、一回路压力边界（池式堆的容器、回路式堆的容器、泵、中间热交换器和管道）和安全壳。回路式快堆快堆的安全隐患?高功率密度。典型钠冷快堆堆芯的平均功率密度高达300～500kW/L，高功率意味着一旦燃料元件表面散失冷却，其温度上升极为迅速，导致燃料元件可能在34秒内熔化；?钠火事故。在钠火事故中，钠与安全壳大气的传热以及钠与氧气相互作用产生化学热将会引起安全壳大气温度和压力升高，进而危及安全壳的完整性；?钠水反应事故。快堆蒸汽发生器中，水在传热管内流动，钠在传热管外流动，由于水汽侧压力比钠侧大，传热管若有裂缝水会冲入钠中，发生剧烈的钠水反应。总结?快中子增殖反应堆是一个可充分利用核燃料、可实现核燃料的增殖、低压堆芯下具有的高热效率以及安全性好的先进型反应堆。