钠冷快堆明显优势研究

王铁 王子来 邵明福 张丽 王国洪

摘要 初步分析核电站的工作原理，了解第四代核电技术的发展现状，对钠冷快堆的明显优势进行研究，超声无损检测事业和核电技术的共同发展对未来的核发电的安全方面有着怎样深远的影响和意义。

【关键词】钠冷快堆；增殖堆；裂变反应；超声无损

随着国家经济的快速发展，人民生活水平的逐步提高，我们对能源的需求的需求量也越来越大，我们所依赖的能源主要是电能。电能可以通过火力发电、水力发电、太阳能、风能、潮汐能等办法来获取电能，但是火力发电或产生大量温室气体以及有害气体，对环境污染较大；水力发电虽然对环境无污染，但破坏了周遍地区的生态环境；再谈及风能、太阳能等虽然是清洁能源，但是很难大规模的获取收益，而且输出并不稳定。我认为时下最应当发展的能源应该有以下几个特点：首先，对环境无污染，其次，不要破坏周边地区的的生态环境，还有能够产生持续可观的效益。 因此，目前最适合我国发展的能源当属核能。

1 核电站工作原理

用核反应堆产生的能量来替代火力发电的就是核电站，核电站的能量是通过核燃料发生的核裂变产生的，这部分热量就会使水加热变成水蒸汽，这就是核能与热能之间的能量转化。通过系统的管路蒸汽就会流入到汽轮机中，这样汽轮发电机就会工作而发电了，机械能到电能的转化就完成了。根据目前数据显示，火电站的一些设备原理就是核电站中的汽轮机的工作原理，这就是核电站与火电站的共同之处，不同的地方就是核反应。

快堆核电站的能量转化过程为核能转化为热能再转换为电能的，而这些能量都是由快中子引起链式裂变反应所释放出来的。快堆运行时可以达到自给自足，即它会产生它所消耗的材料，而且产生的完全可以满足消耗的材料，一般在铀-238反应后都能转换成钚-239继续使用，但是因为有设备或其他各方面的损耗，在快堆中铀资源的利用率能达到60%—70%这样的效果，因此材料的增殖在裂变反应中得以实现。

除了核反应堆这个必不可少的关键设备外，核电站中还有很多的重要设备。一般核电站的主要组成都是由主泵、稳压器、蒸汽发生器、安全壳、汽轮发电机和危急冷却系统等组成的。它们在核电站中分别都有各自的分工。

2 第四代核电技术

根据相关数据显示有6种核电技术可以称为是第四代核电， 其中有三种快中子堆满足第四代核电技术要求，还有三种热中子堆满足第四代核电技术要求。快中子堆是钠冷快堆、铅冷快堆和气冷快堆这三种先进的快堆， 热中子堆是超临界水冷堆、超高温气冷堆和熔盐堆这三种先进的堆型。只有具有和满足节约资源，投资小，安全系数大， 环保也就是最小化的产生废物量和核扩散燃料循环的预防这几种特性的核电技术才可以称为是第四代。

在所有的第四代核电技术的反应堆中， 从各个方面都满足条件并且有着很好的优越性，可以大规模开发和应用的应当非钠冷快堆莫属， 很多发达国家比如说美、法、俄、日等都做了大量研究工作。在目前来看世界快堆技术要属俄罗斯发展的最好、最先进。俄罗斯曾于1980就建成了一座可以用于商用的快堆称为：BN 600，这座快堆有着先进的负荷因子技术，数据显示它可以维持在70%左右， 并且在电价方面也有着很强的竞争力，几乎可以与当地煤电价格一拼高下。

3 钠冷快堆的明显优势

3.1 技术优势

目前由于压水堆的快速发展，从而引起了核燃料的资源短缺问题，而钠冷快堆可以很好地解决这一问题，因为钠冷快堆可以将铀资源的利用率最大化，这样就可以有效的缓解铀资源短缺的问题。压水堆使用的是3%～4%浓缩铀-235作为能源，而钠冷快堆使用的是钚-239作为能源，同时在钚-239的外围再生区里放置铀-238。快中子会在钚-239发生裂变反应时产生，产生之后被外围的铀-238吸收，铀-238吸收了快中子就会变为铀-239，而随着铀-239的不断衰化就会有钚-239的不断产生。所以，随着钚-239裂变不断的产生着能量的同时还可以使钚-239这种燃料不断的通过铀-238来产生，如果钚-239的消耗速度要低于钚-239的产生速度，那钚-239就会越来越多，也就意味着燃料越烧越多，从而达到快速增殖的效果。这也就是为什么可以叫做增殖堆的原因了。随着近年来核工业的快速发展，也造成了贫铀的量越来越大的问题，而现在贫铀却恰好可以作为快堆的能源消耗品，实现了可以增殖燃料的发电厂，钠冷快堆的这一优势将会对解决能源问题有很大的帮助，也将会代替压水堆而成为未来的发展趋势。

3.2 安全特性

钠冷快堆和压水堆相比，在系统上两者有着很多不同的地方，其原因就是两者的冷却剂不同，两者的冷却剂分别是液态钠和水。所以，钠冷快堆和压水堆相比的最大不同就是拥有三个不同的热传输回路。第一回路就是第一次钠循环系统，是池式结构，它有很多个环路结构，主泵和中间热交换器是各个环路都有的部分，和主管道、栅板联箱、堆芯和钠池共同组成。第二回路的多个环路的主要设施是二次钠泵、蒸汽发生器组、钠缓冲罐、中间热交换器、钠分配器和连接管道。第三回路是水-蒸汽回路，这一回路的构成有蒸汽发生器、汽轮发电机、给水泵、主蒸汽管道等。钠冷快堆与压水堆有所不同的是，钠冷快堆回路中的蒸汽是过热蒸汽，而压水堆中的是饱和蒸汽。

所以，在安全性方面的比较钠冷快堆与压水堆也有很大的区别。钠冷快堆系统的安全性有热响应时间长、冷却剂较难发生沸腾现象，反应堆有着很好的负反馈特性，所以与压水堆相比，在安全性方面钠冷快堆有着更加明显的优势。

3.3 固有安全性

如果只对于快堆来说，钠有着很多适用于快堆的良好性能，比如说散射慢化能力不强和中子吸收截面小等，而且同时钠的固有安全特性也是钠冷快堆发展的有利因素。其固有安全特性有以下几点：

第一、金属钠在液态时的热导率相对来说较大。金属钠在液态时的热导率在快堆堆芯温度约450℃时能达到压水堆中水热导率的百倍以上，对于不易过热的堆芯和燃料来说，如果在一回路中发生冷却系统失电的情况时，池式快堆中的大量液态钠就会接收堆芯事故余热通过热传递的方式传导过来的热量，实验堆的钠池中的液态钠可达200余吨，大功率商用快堆钠池中的液态钠可达上千吨，所以在一回路中的钠就是第一步防线，对事故余热的导出起着至关重要的作用。

第二、钠在第一回路中的工作环境温度在550℃左右，大气压下液态钠的沸点却是883℃，也就是说钠的工作环境温度与钠的沸点相差要300℃左右，所以在这一回路中不需要加压来增加出口温度。防止有空气进入一回路中才是至关重要的，快堆本体采用加压到0.05Mpa的氩气作为保护，再加上液态钠本身的静压，压力最多也就只能达到0.15Mpa；所以，在钠冷快堆中是不会出现像在高压系统中出现的管道或容器破裂事故而使堆芯裸露的现象的。

4 核电声学评价系统意义

目前，我国的核电站的建设正处在跨越式增长时期，这个时期的核电站快速发展是对我国核电无损检测的严峻的科学挑战，同时这也是赋予了核电无损检测事业的一个重要使命。如何准确、可靠、快速地对核电站的重要设备的安全状况进行无损检测，保证核电站安全和寿命有着重大的意义。

在第四代反应堆中钠冷快堆的堆型是比较先进的，尤其是液态钠的良好冷却性，是快堆冷却剂的绝佳选择，那么，钠冷快堆管道腐蚀的无损检测就成为了一个极具挑战性的问题，为了加快对管道内壁的腐蚀进行声成像检测事业的发展，为无损检测奠定基础，管道的完整性研究对于钠冷快堆就显得尤为重要。无损检测对核电站的设计、建造及运行起着至关重要的作用。无损检测对钠冷快堆核电站的建设也有着重要的意义。

5 结论

钠冷快堆对铀资源的有效利用和在处理核废物方面的优势，可以很好解决铀资源匮乏和乏燃料的处理的问题，钠冷快堆在节约能源、环境保护、可持续发展等方面的优势都对其未来的发展前景起着至关重要的作用.根据目前的钠冷快堆运行经验，钠火或钠水问题是有可能在钠冷快堆的运行中出现的，但是也可以防止的，这就需要设置有效的事故监测和事故处理系统来防止，同时这也就赋予了无损检测事业一个重大的历史使命。

参考文献

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