核电冷却剂是指将堆芯链式反应的热量传导出来用以发电的介质,常用的冷却剂有轻水、重水、二氧化碳、氦气和液态金属钠等;核电慢化剂,又称中子减速剂,是用来减慢堆芯内中子飞行速度以维持链式反应的介质,常用的减速剂包括轻水、重水、石墨等。因此,根据冷却剂和慢化剂的不同,核电堆型也有多种技术路线。
按冷却剂、慢化剂的种类分,核反应堆可以分为轻水堆(包括压水堆和沸水堆)、重水堆、石墨气冷堆、石墨水冷堆、熔盐堆和快中子反应堆等六种。
1、轻水堆
轻水,即普通水,轻水反应堆是以水和汽水混合物作为冷却剂和慢化剂的反应堆;按冷却水在反应堆内的汽液状态可以又可以分为压水堆和沸水堆两种。
2、重水堆
重水是由氘和氧组成的化合物,分子式D2O,相对分子质量 20.0275,比水(H2O)的相对分子质量18.0153高出约11%,因此叫做重水。重水堆即以重水作为慢化剂的反应堆。相比轻水堆,重水堆可以利用天然铀、低富集度铀或乏燃料作为燃料,而轻水堆只能利用3%低浓缩铀作为燃料,因此重水堆燃料利用率较高。
3、气冷堆
气冷堆是指以气体(主要是指二氧化碳或氦气)作为冷却剂,石墨为慢化剂的反应堆,共有三种堆型:天然铀石墨气冷堆、改进型气冷堆和高温气冷堆。气冷堆具有良好的股友安全性,燃料循环灵活,且热效率达40%,但造价较高,技术较为复杂。
4、水冷堆
水冷堆是指以水为冷却剂,石墨为慢化剂的热中子反应堆。
5、熔盐堆
熔盐堆是指以熔融态的氟化钍等混合盐作为冷却剂、石墨为慢化剂的核反应堆。
6、快中子反应堆
快中子反应堆是指没有中子慢化剂的核反应堆,通常使用液态金属钠作为冷却剂。快中子反应堆能够利用通常作为核废料的铀-238,因此极大地提高了铀资源的利用率,是世界第四代先进核电的主力堆型。
备注:表中各类型核反应堆运行中数量是截止到 2017 年 5 月的数据
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