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核電廠有哪些類型（走近核電）

趙瑞昌

人民網(wǎng)-《人民日報》

在美國頒布“和平利用原子能”法案后，直到20世紀70—80年代這個“第一核紀元”里，核裂變反應堆已經(jīng)從發(fā)電不足1瓦的“芝加哥I號”，巍然成長為形式各異的百萬千瓦級能量巨人了。各工業(yè)發(fā)達國家也隨之產(chǎn)生了一批擁有核電廠設計、開發(fā)能力的龍頭企業(yè)，在商用核電產(chǎn)業(yè)競技場上頗有群雄逐鹿之勢。

核電廠最為重要的部分是以反應堆為核心的核蒸汽供應系統(tǒng)。核蒸汽供應系統(tǒng)的區(qū)別，則主要是由反應堆核燃料、慢化劑與冷卻劑，這三大因素的不同選擇方案所決定的。這里將根據(jù)這些因素，展示幾種成熟的商用反應堆芳容。

反應堆鼻祖“芝加哥I號”的基因被比較完整地保留了下來，并首先在英國建成了以天然鈾作核燃料、石墨作慢化劑，并以二氧化碳氣體作冷卻劑的MAGNOX反應堆；后來，通過提高核燃料的鈾濃度，以及冷卻劑二氧化碳的出口溫度和壓力，形成了“先進氣冷堆”（AGR）。

而今，在改善核燃料構型，并使用物性更穩(wěn)定的氦氣作冷卻劑的基礎上，更為先進的“高溫氣冷堆”（HTGR）也積極發(fā)展起來。但這種堆型工程建造與運行維護要求較高，至今尚沒有大型核電廠的建造經(jīng)驗。

同樣使用天然鈾作核燃料的堆型，還有用重水作為慢化劑兼冷卻劑的重水堆（CANDU），這主要是由于重水吞噬中子的能力很小，并且能讓天然鈾“燃燒”的很充分。但“重水（D2O）”極其稀有，其含有的氫元素要比常見的“輕水（H2O）”多一個中子，在自然界中其含量低于萬分之二，因此重水堆的造價也就相當昂貴。并由于重水慢化中子的能力不如輕水，使得同功率的重水堆都要比輕水堆的塊兒頭更大些。

與重水堆相對的，在使用輕水作為慢化劑兼冷卻劑的輕水堆中，維持鏈式反應的中子常常會被輕水吞噬而損失掉，因此輕水堆一般都用加濃鈾作為核燃料。但輕水的中子慢化性能較好、容易獲得且廉價，且密度高、黏性小、熱工性能良好。而根據(jù)運行過程中反應堆內的輕水是否總是保持液態(tài)，還可分為壓水堆（PWR）與沸水堆（BWR）。

在核電家族譜中，輕水堆這一分支可謂“人丁興旺”。其中，壓水堆技術主要由美國西屋電氣（WestingHouse）、燃燒工程公司（CE）發(fā)展，這種堆型體積較小、結構緊湊，工程建造與運行經(jīng)驗都非常豐富。沸水堆技術則落戶于通用電氣公司（GE），其結構相對壓水堆更為簡單、但工程與設備方面的要求更為嚴格。這兩種堆型已分別經(jīng)過了數(shù)次整合與革新，共同把輕水堆技術推向了前所未有的高度。

根據(jù)2009年的世界核協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，壓水堆艷壓群芳，以占運行機組總數(shù)60.6%的比例成為了商用反應堆中毋庸置疑的王者，沸水堆與重水堆則分別以21.1%及10.3%分列榜眼與探花。

這些反應堆僅是核電大家族的幾個代表。在并不算長的半個世紀中，其他諸如能夠使乏燃料得到有效處理、并使核燃料增殖的快中子增殖堆等堆型，雖已嶄露頭角卻并沒有成為核電發(fā)展的主力，或許這只是未到其大顯身手的時候罷了。