民用反應堆都有哪些類型？有何異同之處？

【專家解說】：可以從不同角度劃分反應堆的類型、用途、堆芯結(jié)構(gòu)、采用的核燃料、冷卻劑和慢化劑、堆內(nèi)中子能量、中子在堆內(nèi)能否使核燃料增殖等因素都可以作為分類標準。按照用途可以把反應堆大致分為生產(chǎn)堆、研究試驗堆和動力堆（包括供熱堆）三大類；也可以分為軍用和民用兩大類。生產(chǎn)堆　　主要用來生產(chǎn)核武器裝料用的钚-239和氚，也可附帶生產(chǎn)一點別的放射性核素。只有發(fā)展核武器的核大國才建造這種堆。研究試驗堆　　用途很廣，可以用它做基礎研究，也可以用它進行工程研究，還可以用它生產(chǎn)同位素。研究堆可以用于核物理、中子物理、凝聚態(tài)物理、輻射化學、生物學、醫(yī)學、材料科學等許多學科基礎研究的實驗的中子源。所以有人把研究堆稱為中子源用堆。工程研究堆大致可分成兩類。①功率極低（一般在100W以下）的堆叫做零功率堆或零功率裝置。零功率堆的大部分物理性能不隨堆的功率高低發(fā)生顯著變化,結(jié)構(gòu)簡單靈活,放射性極低，工作人員易于接近操作，改變條件就可以進行各種實驗研究。有一時期，在中子數(shù)據(jù)不齊全、電子計算機性能也不夠好的條件下常用零功率堆模擬研究新型堆的物理性能，以所得的資料，作為新堆的設計基礎。隨著堆技術(shù)的進展，這種堆大部分已停止使用，只有少數(shù)研究先進堆型的堆還在運行。②功率為幾萬到十幾萬千瓦的工程研究堆主要用來研究新型堆的燃料元件和各種堆用材料的輻照性能。動力堆　　用來發(fā)電或提供動力，單純提供熱能的堆也可歸入這一類型。這類堆有軍用民用之分。軍用動力堆主要用來生產(chǎn)軍艦汽輪機用的蒸汽，特別在潛艇上用得最多。民用動力堆（以下簡稱動力堆）主要用在核電站中，它起著火電站中鍋爐的作用。民用堆又可以分為快中子堆、慢中子堆。到70年代前期為止，慢中子堆技術(shù)已進入成熟階段，其特征是大型慢中子堆核電站的發(fā)電成本顯著地低于火電站。技術(shù)比較成熟的慢中子動力堆有壓水堆、沸水堆、重水堆和石墨氣冷堆四種?！　、賶核?。用普通水作慢化劑和冷卻劑，用濃縮氧化鈾為燃料，鋯合金或不銹鋼作包殼。堆芯裝在壓力殼中,堆內(nèi)的壓力約為150atm，堆芯出口處溫度可達330℃左右。這種堆通過蒸汽發(fā)生器來產(chǎn)生發(fā)電用的蒸汽，堆芯體積較小，功率密度較大。壓水堆是目前國際上最多的堆型（軍用動力堆也是用的這種堆型），已有30多年的歷史。堆的熱效率由28％提高到34％，功率密度由52kW/1提高到100kW/1, 平均燃耗由7800MW·d/t提高到了38000MW·d/t, 相對其他堆型它的比投資和發(fā)電成本同沸水堆差不多而低于重水堆和石墨氣冷堆?！　?nbsp; 裂變反應堆②沸水堆。是同壓水堆相近的一種慢中子堆，同壓水堆的主要區(qū)別是沸水堆中容許水在堆芯內(nèi)沸騰產(chǎn)生蒸汽，并把蒸汽直接送去推動汽輪機，堆內(nèi)溫度和壓力都比壓水堆低些。它不用蒸汽發(fā)生器，但功率密度只有壓水堆的一半左右,堆芯體積和壓力殼比壓力堆大得多,所以造價同壓水堆相當。安全性能較好是沸水堆的一個重要優(yōu)點。沸水堆的功率意外升高時堆芯中的水加速沸騰，氣泡增多，水所占的體積降低，慢化能力減小，反應性就下降，功率隨之下降?！　、壑厮?。用重水為慢化劑,冷卻劑可以用重水,也可以用普通水、有機物或氣體，但以用重水冷卻的最多。重水堆的最大優(yōu)點是可以用天然鈾為燃料。管式重水堆可以不停堆更換燃料元件，用這種堆的核電站負載因子較高也是重水堆的重要優(yōu)點。重水堆的缺點是(重水)價格昂貴，重水回路密封要求高。重水堆的發(fā)電成本比其他水堆略高，運動維修也要復雜一些?！　、苁珰饫涠?。用天然鈾或濃縮鈾作燃料，二氧化碳為冷卻劑。用這種堆發(fā)電，成本也低于燃煤發(fā)電，但堆的體積比水堆大得多，所用設備也較笨重，單位功率的投資比水堆約高20％，發(fā)電成本也比水堆高不少。因此，雖然這種堆型的技術(shù)也已成熟，目前除英國外，其他國家都已不再建造這種堆。其他堆型　　目前還在發(fā)展，技術(shù)尚未達成熟階段的堆型有高溫氣冷堆和快中子增殖堆兩種?！　、俑邷貧饫涠?。也是一種慢中子堆。這種堆通常用氦氣冷卻,用石墨作慢化劑,使用鈾和釷混合核燃料。用熱解碳包裹在燃料微粒的外面，作成涂敷微粒燃料，再把涂敷微粒彌散到石墨中做成元件。由于熱解碳起了元件包殼作用，這種堆可以達到很高的溫度。堆芯出口處冷卻劑的溫度一般可達750℃，高的可達950℃。由于溫度高，這種堆的熱效率可達40％以上，并且可以用來供應煤的氣化、煉鐵等許多方面的工業(yè)用熱，發(fā)展前途很大。這種堆型還有不少需要解決的技術(shù)問題，特別是能耐950℃到1200℃的材料。此外，這種堆的經(jīng)濟性能也比較差?！　、谠鲋扯?。一次裂變平均放出的中子數(shù)稱為裂變二次中子數(shù)。在以鈾－235為燃料的慢中子堆中,裂變二次中子數(shù)為 2.4左右。這些中子中有一個要用來引起新的裂變以維持核鏈式反應的進行,剩下的1.4個中子中如平均說來至少能有一個中子能被堆內(nèi)存在的鈾-238或釷－232核吸收，生成一個以上钚－239或鈾－233核,則消耗掉一個裂變元素核，發(fā)出了能量，還可以得到一個以上新的裂變元素核，這便是實現(xiàn)了核燃料的增殖。能夠增  裂變反應堆殖核燃料的反應堆稱為增殖堆。消耗 1個核燃料原子核能生成的新核燃料原子核數(shù)稱為反應堆的轉(zhuǎn)化比，轉(zhuǎn)化比大于 1時稱為增殖比。發(fā)展增殖堆的努力方向之一是設法提高增殖比。裂變二次中子數(shù)是中子能量的復雜函數(shù)，其總的趨勢是隨中子能量的增加而加大，如反應堆利用快中子來工作，對核燃料的增殖是有利的。不過快中子的裂變截面小,為了維持快中子堆的運行,使用的核燃料量比同功率的慢中子堆要大得多。快中子堆內(nèi)不使用慢化劑,功率密度一般在270kW/1以上，要用導熱能力很強的冷卻劑才能把堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量充分引導出來，冷卻劑不應產(chǎn)生顯著的中子慢化作用，對中子的吸收應盡可能小。液態(tài)金屬鈉能比較好地滿足這幾方面的要求,所以它被普遍選擇為快中子堆的冷卻劑。對于快中子引起的裂變,钚－239的二次中子數(shù)比鈾－235和鈾－233的大，因此用作快堆的燃料比較適宜。目前快堆大都采用鈾和钚的氧化物作燃料，碳化物和其他形式的快堆燃料還在研究中?！　“岩簯B(tài)鈉作為冷卻劑有許多技術(shù)問題要解決。液態(tài)鈉的化學性質(zhì)很活潑，如從快堆回路中泄漏出來，遇到空氣中的氧或水時會產(chǎn)生劇烈反應，可能引起火災或爆炸。為了防止堆內(nèi)液態(tài)鈉具有的放射性在回路發(fā)生泄漏時外逸，液態(tài)金屬冷卻快堆設有三個回路。一回路將堆芯中產(chǎn)生的熱量引導出來經(jīng)由中間熱交換器傳給二回路的鈉，再由二回路鈉把熱量傳給蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽去推動汽輪機。由于鈉冷快堆系統(tǒng)復雜,專用設備較貴,所用的核燃料也比較貴，它的造價和發(fā)電成本都比水堆高不少。此外，用氦氣等氣體也可以作為快中子增殖堆的冷卻劑?！　∪缫遭櫍?33為燃料,在慢中子堆中也是可以實現(xiàn)核燃料的增殖的。由于從釷－232生產(chǎn)鈾－233來作燃料要另建一套工業(yè)體系，費錢很多，因此慢中子增殖堆的發(fā)展一直停留在研究階段。