快中子增殖循環

快中子增殖反應堆中的鈽-239產生裂變反應時放出來的快中子，被裝在外圍再生區的鈾-238吸收，變為鈾-239，鈾-239經過幾次衰變後轉化為鈽-239，經過提純處理繼續用於裂變，與之前的過程形成一個循環。

基本介紹

• 中文名：快中子增殖循環
• 外文名：Fast neutron breeding circulation
• 英文別稱：Fast neutron multiplication
• 分 類：反應堆物理
• 相關概念：增殖比 快中子
• 其他領域：核電站運行

相關內容

鈾-235、鈾-238和鈽-239是能發生核裂變的核燃料，又稱裂變核燃料。但鈾-235和鈽-239易裂變核是用任意能量的中子轟擊都能引起其裂變反應的原子核，具有很大的熱中子裂變截面，用能量較低的熱中子轟擊即可引發核裂變，並且產生新的中子繼續引起核裂變，形成鏈式反應，可用作反應堆的核燃料或製造核武器，而鈾-238不是易裂變核，需要轉換成鈽-239才能參與反應堆裂變。其中鈾-235存在於自然界，而鈾-233、鈽-239則是釷-232和鈾-238吸收中子後分別形成的人工核素。從廣義上說，釷-232和鈾-238也是核燃料。

發現過程

在早期研究核反應實驗時，有科研人員發現鈾-238在參與裂變時，會少量吸收高速中子變為鈾-239，但鈾-239極不穩定，會快速衰變為較為穩定的鈽-239，鈽-239亦可作為與鈾-235相似的裂變原料。基於此特性，上世紀60年代末法國科學家首先通過加大快中子產生量，製造出了第一台快中子堆，通過快中子使原料中鈾-238不斷轉化為鈽-239，由於產生大於消耗，使得原料實現不斷增殖。

快中子增殖循環原理

快堆不用鈾-235，而用鈽-239作燃料，不過在堆心燃料鈽-239的外圍再生區里放置鈾-238。鈽-239產生裂變反應時放出來的快中子，被裝在外圍再生區的鈾-238吸收，變為鈾-239，鈾-239經過幾次衰變後轉化為鈽-239，經過提純處理繼續用於裂變，與之前的過程形成一個循環：

Pu-239→快中子+U238→U239(β衰變)→Pu-239（循環）

套用

在大型快堆中，平均每10個鈾-235原子核裂變可使12至14個鈾-238轉變成鈽-239。這樣，鈽-239裂變，在產生能量的同時，又不斷地將鈾-238變成可用燃料鈽-239，而且再生速度高於消耗速度，核燃料越燒越多，快速增殖。所以這種反應堆又稱'快速增殖堆'。

在這種堆中，每消耗1公斤易裂變燃料可以產出多於1公斤甚至高達1.5公斤以上的新的易裂變燃料(鈽)。多生產出來的燃料可以用於新建快堆，新快堆又進行增殖。從效果看，快堆運行中真正消耗的不是開始放進去的易裂變燃料鈾-235，而是占天然鈾99.2%以上的鈾-238。所以在發展壓水堆的基礎上再發展快堆，考慮鈽的再循環和損耗，可將鈾資源的利用中提高到60-70%。由於利用率的提高，更貧的鈾礦出有了開採的價值，就世界範圍講可采鈾資源將增加千倍。所以說，把快堆發展起來，裂變核能將成為幾乎不可耗竭的能源。