快中子反应堆课件

快中子反应堆（快堆）快中子反应堆（快堆）1什么是快堆？？

快堆，是“快中子反应堆”的简称。其形成的核燃料闭合式循环，可使铀资源利用率提高至60%以上，也可使核废料产生量得到最大程度的降低，实现放射性废物最小化。国际社会普遍认为，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。什么是快堆？？快堆，是“快中子反应堆”的简称。2

在天然铀中，仅有0.714%的铀同位素——铀－235，能够在热中子的作用下发生裂变反应，而占天然铀绝大部分的铀同素——铀－238却不能在热中子的作用下发生裂变反应。但铀－238在吸收中子后，经过几次核衰变，可以变成另一种可裂变的核材料钚－239。在热中子反应堆中，产生的钚－239的数量不足以抵偿消耗的铀－235。只有利用快中子来维持链式反应，使新产生的可裂变材料多于消耗的裂变材料。这种主要由快中子来引起裂变链式反应的反应堆，叫做快中子反应堆（简称快堆）。快堆的原理在天然铀中，仅有0.714%的铀同位素——铀－3快堆的原理快堆中常用的核燃料是钚—239，而钚—239发生裂变时放出来的快中子会被装在反应区周围的铀－238吸收，又变成钚—239。这就是说，在堆中一边消耗钚—239，又一边使铀－238转变成新的钚—239，而是新生的钚—239比消耗掉的还多，从而使堆中核燃料变多。反应开始循环持续下去。此过程包括钚—239-----------释放快中子，转变为U235----------快中子击中铀－238-------铀－238转变为钚—239--------钚—239继续放出快中子参与反应快堆的原理快堆中常用的核燃料是钚—239，而钚—239发生裂4基本就是这个原理快中子铀235铀238钚239基本就是这个原理快中子铀235钚2395钠冷快堆的特点冷却剂：早期用汞，钠钾合金现一致采用液态钠-运行温度高：550°C（高效发电）-运行压力低：<0.5MPa（避免失压、失冷）-冷却剂热容大：抗热冲击-流动性好：利于自然循环被动载热钠冷快堆的特点冷却剂：6快中子反应堆课件7钠冷快堆的特点燃料包壳与冷却剂间温差小与堆内材料相容性好（堆芯材料用奥氏体不锈钢）与各种燃料相容性好缺点在中子辐照下有活性化学性质活泼，与氧、水有激烈反应必须装二回路不透明性温度低于100°C（97.8°C)将冷冻钠冷快堆的特点燃料包壳与冷却剂间温差小8钠冷快堆的特点裂变材料：钚－239，铀－235转换材料：铀－238中子类型：快中子（0.08MeV）慢化剂：无堆结构：回路式（16/21)，池式(5/21)三回路传热：钠－钠－水/蒸汽钠冷快堆的特点裂变材料：钚－239，铀－2359钠冷快堆的特点战略意义:铀资源充分利用PWR+FBR匹配发展，实现封闭燃料循环中国计划：-先发展PWR，积存工业钚。-2025年建快堆，-2050年PWR＋FBR616GW钠冷快堆的特点战略意义:10池式及回路式钠冷快堆池式及回路式钠冷快堆11快堆的优势(1)、快堆不仅把铀资源的有效利用率增大数十倍，而且也将铀资源本身扩大几百倍以上。因为，一旦大量使用快堆，目前认为开采价值不大的铀矿便具有开采价值。这样，快堆的利用就可能为人类提供极其丰富的能源。快堆的优势(1)、快堆不仅把铀资源的有效利用率增大数十倍，而12快堆的优势(2)、快堆核电站是热中子堆核电站最好的继续。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。热中子堆核电站发展到一定水平时，及时地引入快堆核电站，利用快堆来增殖核燃料，这是一个很必然的发展计划。快堆的优势(2)、快堆核电站是热中子堆核电站最好的继续。核工13快堆的优势(3)、快堆核电站具有良好的经济前景。因为它具有增殖核燃料的突出优点，所以发电成本在燃料价格上涨的情况下，仍能保持较低的水乎。据估计，石油价格上涨100%，油电站发电成本增加60%；天然铀价格上涨100%，轻水堆核电站发电成本增加5%，而快堆的发电成本只增加0.25%。快堆的优势(3)、快堆核电站具有良好的经济前景。因为它具有增14快堆的难处（1）在快堆中，由于快中子与核燃料中的原子核相互作用引起裂变的可能性要比热中子小得多，为了使链式反应能继续进行下去，所用核燃料的浓度（一般为12～30%）要比热中子堆的高，装料量也大得多。快堆的难处（1）在快堆中，由于快中子与核燃料中的原子核相互作15快堆的难处（2）快堆活性区单位体积所含核燃料比热中子堆大得多，它的功率密度比热中子堆大几倍，一般每升为400千瓦左右。这样高的功率密度，要把热量从堆内取出加以应用，这在技术上是比较复杂的。快堆的难处（2）快堆活性区单位体积所含核燃料比热中子堆大得多16快堆的难处3）快堆不能用水作冷却剂，而普遍采用液态金属钠把热量带出来。此外，快堆用的燃料元件的加工制造要比热中子堆复杂得多和困难得多，随之而来的制造费用高昂。快堆的难处3）快堆不能用水作冷却剂，而普遍采用液态金属钠把热17快堆的难处（4）同时,快堆的控制就是控制中子的作用，由于快堆内快中子寿命短，钚的缓发中子份额小，这就使得问题复杂多了。并且，对反应堆的操作系统保护的要求也很严格。快堆的难处（4）同时,快堆的控制就是控制中子的作用，由于快堆18几个典型钠冷快堆几个典型钠冷快堆191、PFR－池式钠冷快堆PFR（UK）flowsheet4x8MWt1、PFR－池式钠冷快堆PFR（UK）flowsheet202、前苏联回路式钠冷快堆2、前苏联回路式钠冷快堆213、凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠冷快堆

1973建成,位于马尔库尔核研究中心，是法国研究长寿命核废物管理的重要设施250MWe.3回路（3SG模块）

运行业绩不错

对燃料辐照、钚、錒系长放射性嬗变试验。1999年开始全面检修凤凰堆2003年6月重新启动3、凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠冷224、超凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠冷快堆1997年法国政府宣布将关闭位于法国里昂附近的欧洲“超凤凰”堆核电站。“超凤凰”堆核电站由法国、德国、比利时和英国联合修建，法国电力公司占有一半的股份。1976年开始动工，1986年并网发电。1998年关闭。

“超凤凰”是世界上功率最大的快中子增殖反应堆核电站，然而运行以来，技术故障频发，停停修修，总运转时间不过十几个月。“超凤凰”在设计之初，投资预算为63亿法郎，到1986年投产时，资金已追加到250亿法郎，而且比预定投产时间推后了3年。4、超凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠234、超凤凰堆（Phenix）从开始到97年，投资金额已高达416亿法郎，无论电站运转与否，每年都要耗掉6．5亿法郎。“超凤凰”核电站从兴建之初到现在，围绕着是否该修建一直争论不休：支持者认为，快堆利用资源丰富的钚作为燃料，

为开发和利用新的能源开辟了新领域。反对者则认为保证安全的技术还不够成熟。据有关部门预测，这项巨大的关闭工程将耗资100亿到160亿法郎左右。（实际数据不祥）4、超凤凰堆（Phenix）从开始到97年，投资金额已高达4245、文

殊堆（MONJU）

－日本回路式钠冷快堆

1994年运行，回路式，300MWe。自1995年发生液钠泄漏事故以来，现仍未恢复运转。日本政府1997年6月宣布，要继续推进其开发快堆和核燃料再循环计划。2003年美国、法国、日本表示支持文殊快堆再启动。认为：文殊快堆尤其能为快堆燃料提供辐照试验设施，并积累快堆技术的开发经验。2007年由美国、法国和日本组成的核能研究机构发表了一份联合声明,呼吁日本政府重新恢复运行文殊原型快中子堆。资金问题及居民反对使得恢复运行艰难重重。5、文殊堆（MONJU）

25三种六角形组件燃料组件,增殖组件,反射层组件：

中心红色为燃料组件P-239＋U-238混合物;黄色也为燃料组件，含钚比中心略高。黑色为控制棒组件.兰色为径向增殖组件，只含

U-238，生产钚。

边上布置反射层（钢材料，未显示），反射逃逸中子回堆芯。三种六角形组件燃料组件,增殖组件,反射层组件：26前面5种反应堆的总结！！国外的快堆，除了凤凰堆以外，普遍不给力！-----文亦玮前面5种反应堆的总结！！国外的快堆，除了凤凰堆以外，普遍不给27下面介绍一个给力的！！下面介绍一个给力的！！286、中国实验快堆

－ChinaExperimentalFastReactor“CEFR”CEFR是我国第一座快堆，65MWt、20MWe。池式堆2000年浇灌第一罐混凝土，2002年8月15日核岛主厂房封顶，2004年完成施工设计，目前进入全面安装阶段，调试已经开始，运行准备工作正在进行，预计2008年12月首次临界。（2010年7月21日中核自主研发中国第一座快中子反应堆首次成功临界）

6、中国实验快堆

－ChinaExperiment29CEFR系统流程示意图14324567891088CEFR系统流程示意图1432456789108830快中子反应堆课件31快中子反应堆课件32快堆与原子弹VS快堆与原子弹VS33相同点原子弹和作为核电站用的快堆，都没有慢化剂，而且都是用快中子引发裂变.相同点34不同点(1)原子弹使用钚或高浓铀，铀－238的量没有或者很少。而快堆中铀－238很多。铀－238俘获中子后大多不会裂变，它要转化为钚－239后才易裂变。经过这道转换后，作为核电站用的快堆的能量释放速度，就受到极大限制。不同点(1)原子弹使用钚或高浓铀，铀－238的量没有或者很少35不同点(2)原子弹内与裂变无关的材料少。而快堆为了维持长期运行，并将堆内原子核裂变产生的热送出来，堆内有大量的结构材料和冷却剂。它们的存在既增加了中子的吸收，又使中子的速度有一定程度的慢化，延长了中子存在时间。这是限制核电站用的快堆功率增长速度的另一个因素。不同点(2)原子弹内与裂变无关的材料少。而快堆为了维持长期运36不同点(3)原子弹采用高效炸药的聚心爆炸，使核燃料很快密集在一起，将链式反应的规模急剧扩大，也就是我们说的达到瞬发超临界状态；而作为核电站用的快堆，只要一达到瞬发临界，堆芯很快就会散开，难以维持链式反应。目前的控制手段，已可以保证快堆不至于达到瞬发临界。不同点(3)原子弹采用高效炸药的聚心爆炸，使核燃料很快密集在37不同点(4)原子弹的装料超过维持链式反应所需的量多，而快堆的装料仅仅稍微多于维持链式反应的需要，并有负反馈效应——有抑制作用的效应。不同点(4)原子弹的装料超过维持链式反应所需的量多，而快堆的38

结论快堆不可能像原子弹那样爆炸结论快堆不可39但是。。。。地震+海啸=？但是。。。。地震+海啸=？40加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路

铀在核能发电中起着至关重要的作用，但是中国是个“贫铀”的国家。我国的铀矿矿体小（矿床规模以中小为主的占总储量的60％以上），分布广，且矿石品位偏低（即废物量大）。而且中国现在已探明的铀矿储量只够2020年铀用量1/3的。这正是我国发展核电的一个巨大隐忧！

加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路铀在核能41加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路铀作为一种枯竭资源，能维持多久还很成问题。根据预测，全世界核电站在1996～2010年之间将消耗掉100万吨天然铀，按照这个速度，（不考虑新建的核电站）预计到2030年，世界上易开采的低成本铀资源的80％都将被消耗掉。我国如果得不到足够的铀矿资源，不管建多少核电站，最终都将面临停产的困境.加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路铀作为一种枯竭资源，能42加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路由于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。而快堆能使60～70％的铀得到利用。快堆比目前热堆中的压水堆对铀的利用率高140倍，比重水堆高70倍以上。而且贫铀、乏燃料、低品位铀矿乃至海水里的铀，都是快堆“燃料”的来源。加快快堆的建设是我国核电发展的唯一出路由于热堆在铀资源的利用43快堆还可以用于大规模制氢、海水淡化等，也可以建造中小型低噪声的长寿命移动快堆，或用于建造大型紧凑型船只，如航母用核动力快堆等。快堆的其他用途快堆还可以用于大规模制氢、海水淡化等，也可以建造中小型低噪声44没了！！谢谢观看。。。没了！！谢谢观看。。。45快中子反应堆（快堆）快中子反应堆（快堆）46什么是快堆？？

快堆，是“快中子反应堆”的简称。其形成的核燃料闭合式循环，可使铀资源利用率提高至60%以上，也可使核废料产生量得到最大程度的降低，实现放射性废物最小化。国际社会普遍认为，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。什么是快堆？？快堆，是“快中子反应堆”的简称。47

在天然铀中，仅有0.714%的铀同位素——铀－235，能够在热中子的作用下发生裂变反应，而占天然铀绝大部分的铀同素——铀－238却不能在热中子的作用下发生裂变反应。但铀－238在吸收中子后，经过几次核衰变，可以变成另一种可裂变的核材料钚－239。在热中子反应堆中，产生的钚－239的数量不足以抵偿消耗的铀－235。只有利用快中子来维持链式反应，使新产生的可裂变材料多于消耗的裂变材料。这种主要由快中子来引起裂变链式反应的反应堆，叫做快中子反应堆（简称快堆）。快堆的原理在天然铀中，仅有0.714%的铀同位素——铀－48快堆的原理快堆中常用的核燃料是钚—239，而钚—239发生裂变时放出来的快中子会被装在反应区周围的铀－238吸收，又变成钚—239。这就是说，在堆中一边消耗钚—239，又一边使铀－238转变成新的钚—239，而是新生的钚—239比消耗掉的还多，从而使堆中核燃料变多。反应开始循环持续下去。此过程包括钚—239-----------释放快中子，转变为U235----------快中子击中铀－238-------铀－238转变为钚—239--------钚—239继续放出快中子参与反应快堆的原理快堆中常用的核燃料是钚—239，而钚—239发生裂49基本就是这个原理快中子铀235铀238钚239基本就是这个原理快中子铀235钚23950钠冷快堆的特点冷却剂：早期用汞，钠钾合金现一致采用液态钠-运行温度高：550°C（高效发电）-运行压力低：<0.5MPa（避免失压、失冷）-冷却剂热容大：抗热冲击-流动性好：利于自然循环被动载热钠冷快堆的特点冷却剂：51快中子反应堆课件52钠冷快堆的特点燃料包壳与冷却剂间温差小与堆内材料相容性好（堆芯材料用奥氏体不锈钢）与各种燃料相容性好缺点在中子辐照下有活性化学性质活泼，与氧、水有激烈反应必须装二回路不透明性温度低于100°C（97.8°C)将冷冻钠冷快堆的特点燃料包壳与冷却剂间温差小53钠冷快堆的特点裂变材料：钚－239，铀－235转换材料：铀－238中子类型：快中子（0.08MeV）慢化剂：无堆结构：回路式（16/21)，池式(5/21)三回路传热：钠－钠－水/蒸汽钠冷快堆的特点裂变材料：钚－239，铀－23554钠冷快堆的特点战略意义:铀资源充分利用PWR+FBR匹配发展，实现封闭燃料循环中国计划：-先发展PWR，积存工业钚。-2025年建快堆，-2050年PWR＋FBR616GW钠冷快堆的特点战略意义:55池式及回路式钠冷快堆池式及回路式钠冷快堆56快堆的优势(1)、快堆不仅把铀资源的有效利用率增大数十倍，而且也将铀资源本身扩大几百倍以上。因为，一旦大量使用快堆，目前认为开采价值不大的铀矿便具有开采价值。这样，快堆的利用就可能为人类提供极其丰富的能源。快堆的优势(1)、快堆不仅把铀资源的有效利用率增大数十倍，而57快堆的优势(2)、快堆核电站是热中子堆核电站最好的继续。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。热中子堆核电站发展到一定水平时，及时地引入快堆核电站，利用快堆来增殖核燃料，这是一个很必然的发展计划。快堆的优势(2)、快堆核电站是热中子堆核电站最好的继续。核工58快堆的优势(3)、快堆核电站具有良好的经济前景。因为它具有增殖核燃料的突出优点，所以发电成本在燃料价格上涨的情况下，仍能保持较低的水乎。据估计，石油价格上涨100%，油电站发电成本增加60%；天然铀价格上涨100%，轻水堆核电站发电成本增加5%，而快堆的发电成本只增加0.25%。快堆的优势(3)、快堆核电站具有良好的经济前景。因为它具有增59快堆的难处（1）在快堆中，由于快中子与核燃料中的原子核相互作用引起裂变的可能性要比热中子小得多，为了使链式反应能继续进行下去，所用核燃料的浓度（一般为12～30%）要比热中子堆的高，装料量也大得多。快堆的难处（1）在快堆中，由于快中子与核燃料中的原子核相互作60快堆的难处（2）快堆活性区单位体积所含核燃料比热中子堆大得多，它的功率密度比热中子堆大几倍，一般每升为400千瓦左右。这样高的功率密度，要把热量从堆内取出加以应用，这在技术上是比较复杂的。快堆的难处（2）快堆活性区单位体积所含核燃料比热中子堆大得多61快堆的难处3）快堆不能用水作冷却剂，而普遍采用液态金属钠把热量带出来。此外，快堆用的燃料元件的加工制造要比热中子堆复杂得多和困难得多，随之而来的制造费用高昂。快堆的难处3）快堆不能用水作冷却剂，而普遍采用液态金属钠把热62快堆的难处（4）同时,快堆的控制就是控制中子的作用，由于快堆内快中子寿命短，钚的缓发中子份额小，这就使得问题复杂多了。并且，对反应堆的操作系统保护的要求也很严格。快堆的难处（4）同时,快堆的控制就是控制中子的作用，由于快堆63几个典型钠冷快堆几个典型钠冷快堆641、PFR－池式钠冷快堆PFR（UK）flowsheet4x8MWt1、PFR－池式钠冷快堆PFR（UK）flowsheet652、前苏联回路式钠冷快堆2、前苏联回路式钠冷快堆663、凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠冷快堆

1973建成,位于马尔库尔核研究中心，是法国研究长寿命核废物管理的重要设施250MWe.3回路（3SG模块）

运行业绩不错

对燃料辐照、钚、錒系长放射性嬗变试验。1999年开始全面检修凤凰堆2003年6月重新启动3、凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠冷674、超凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠冷快堆1997年法国政府宣布将关闭位于法国里昂附近的欧洲“超凤凰”堆核电站。“超凤凰”堆核电站由法国、德国、比利时和英国联合修建，法国电力公司占有一半的股份。1976年开始动工，1986年并网发电。1998年关闭。

“超凤凰”是世界上功率最大的快中子增殖反应堆核电站，然而运行以来，技术故障频发，停停修修，总运转时间不过十几个月。“超凤凰”在设计之初，投资预算为63亿法郎，到1986年投产时，资金已追加到250亿法郎，而且比预定投产时间推后了3年。4、超凤凰堆（Phenix）

－法国池式钠684、超凤凰堆（Phenix）从开始到97年，投资金额已高达416亿法郎，无论电站运转与否，每年都要耗掉6．5亿法郎。“超凤凰”核电站从兴建之初到现在，围绕着是否该修建一直争论不休：支持者认为，快堆利用资源丰富的钚作为燃料，

为开发和利用新的能源开辟了新领域。反对者则认为保证安全的技术还不够成熟。据有关部门预测，这项巨大的关闭工程将耗资100亿到160亿法郎左右。（实际数据不祥）4、超凤凰堆（Phenix）从开始到97年，投资金额已高达4695、文

殊堆（MONJU）

－日本回路式钠冷快堆

1994年运行，回路式，300MWe。自1995年发生液钠泄漏事故以来，现仍未恢复运转。日本政府1997年6月宣布，要继续推进其开发快堆和核燃料再循环计划。2003年美国、法国、日本表示支持文殊快堆再启动。认为：文殊快堆尤其能为快堆燃料提供辐照试验设施，并积累快堆技术的开发经验。2007年由美国、法国和日本组成的核能研究机构发表了一份联合声明,呼吁日本政府重新恢复运行文殊原型快中子堆。资金问题及居民反对使得恢复运行艰难重重。5、文殊堆（MONJU）

70三种六角形组件燃料组件,增殖组件,反射层组件：

中心红色为燃料组件P-239＋U-238混合物;黄色也为燃料组件，含钚比中心略高。黑色为控制棒组件.兰色为径向增殖组件，只含

U-238，生产钚。

边上布置反射层（钢材料，未显示），反射逃逸中子回堆芯。三种六角形组件燃料组件,增殖组件,反射层组件：71前面5种反应堆的总结！！国外的快堆，除了凤凰堆以外，普遍不给力！-----文亦玮前面5种反应堆的总结！！国外的快堆，除了凤凰堆以外，普遍不给72下面介绍一个给力的！！下面介绍一个给力的！！736、中国实验快堆

－ChinaExperimentalFastReactor“CEFR”CEFR是我国第一座快堆，65MWt、20MWe。池式堆2000年浇灌第一罐混凝土，2002年8月15日核岛主厂房封顶，2004年完成施工设计，目前进入全面安装阶段，调试已经开始，运行准备工作正在进行，预计2008年12月首次临界。（2010年7月21日中核自主研发中国第一座快中子反应堆首次成功临界）

6、中国实验快堆

－ChinaExperiment74CEFR系统流程示意图14324567891088CEFR系统流程示意图1432456789108875快中子反应堆课件76快中子反应堆课件77快堆与原子弹VS快堆与原子弹VS78相同点原子弹和作为核电站用的快堆，都没有慢化剂，而且都是用快中子引发裂变.相同点79不同点(1)原子弹使用钚或高浓铀，铀－238的量没有或者很少。而快堆中铀－238很多。铀－238俘获中子后大多不会裂变，它要转化为钚－239后才易裂变。经过这道转换后，作为核电站用的快堆的能量释放速度，就受到极大限制。不同点(1)原子弹使用钚或高浓铀，铀－238的量没有或者很少80不同点(2)原子弹内与裂变无关的材料少。而快堆为了维持长期运行，并将堆内原子核裂变产生的热送出来，堆内有大量的结构材料和冷却剂。它们的存在既增加了中子的吸收，又使中子的速度有一定程度的慢化，延长了中子存在时间。这是限制核电站用的快堆功率增长速度的另一个因素。