矿石 

        快堆不用铀-235,而用钚-239作燃料,不过在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子,被装在外围再生区的铀-238吸收,变为铀-239,铀-239经过几次衰变后转化为钚-239。在大型快堆中,平均每10个铀-235原子核裂变可使12至14个铀-238转变成钚-239。这样,钚-239裂变,在产生能量的同时,又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239,而且再生速度高于消耗速度,核燃料越烧越多,快速增殖,所以这种反应堆又称"快速增殖堆"。

        也可以做这样一个比喻:一艘帆船因暴风雨而搁浅,船员在阴雨连绵的孤岛上生火做饭。有的人直接用仅剩的干木头生火烧烤食物。但是聪明人则提议,用湿木头当炉灶来烧食物。这样干木头用完的时候,湿木头也被烤干。最后所有的湿木头都可以用于求生。而在热堆和快堆中,铀-235是干木头,铀-238就是湿木头。干湿结合地可持续的使用,这就可以榨干铀所有的能量。

        在这种堆中,每消耗1公斤易裂变燃料可以产出多于1公斤甚至高达1.5公斤以上的新的易裂变燃料(钚)。多生产出来的燃料可以用于新建快堆,新快堆又进行增殖。从效果看,快堆运行中真正消耗的不是开始放进去的易裂变燃料铀—235,而是占天然铀99.2%以上的铀—238。所以在发展压水堆的基础上再发展快堆,考虑钚的再循环和损耗,可将铀资源的利用中提高到60-70%。由于利用率的提高,更贫的铀矿出有了开采的价值,就世界范围讲可采铀资源将增加千倍。所以说,把快堆发展起来,裂变核能将成为几乎不可耗竭的能源。

        半个世纪以来,人类总共开采出了大约220万吨铀,尚未发现的储量估计也有这么多。世界铀资源的国家分布极不均衡。澳大利亚、加拿大和哈萨克斯坦这3个国家就拥有55%以上的RAR+IFR级铀资源。如果再加乌兹别克斯坦、南非和纳米比亚,这一比例就接近72%。如果再加上尼日尔和俄罗斯,几乎可达85%。

         20世纪50-60年代,美国、德国(民主德国)、捷克和法国曾经是铀资源大国。现在,欧洲国家的铀资源实际上已经用光,美国的铀资源也只占世界铀资源的2%左右。美、德、捷、法四国的铀资源已经完全枯竭,其总开采量为76.1万吨。加拿大、南非、澳大利亚、尼日尔、纳米比亚五国的累计开采量已有83.8万吨,但它们还有资源潜力。

        一座百万千瓦轻水堆核电站,每天大约需要消耗3公斤铀-235。2006年,世界核电站使用了大约7万吨天然铀。而2006年全世界的地下铀矿开采量只有4.3万吨左右,不足部分主要是依靠消耗库存和核武器中的核原料。根据预测,到2015年,世界核电站对铀的年需求量将达到7.5万-8.5万吨,2025年将为8.5万-10万吨。到2015年,这些次生来源也将消耗殆尽。在目前情况下,现已探明的铀储量还能使用50年左右。如果考虑到所谓的补充储量,则还可使用200年。因此,随着核原料世界需求量的增大,铀的价格也在飞涨,2007年中期高过每公斤300美元的价格。快堆的建设对于解决铀矿资源枯竭问题也日益迫切。

        此外,热堆反应后的剩余物的放射性仍然很强,如果直接地质处置,则每三四年就需建造一座类似于美国YUCCA MOUNTAIN(尤卡山,大型核废料处理场)规模的处置库,耗资极其惊人。而这些核废料在快堆反应中经过回收再利用以后,放射性物质的衰变期只有二三百年,可以大大减少核废物处置量,降低缺乏燃料长期毒性风险。

        目前,在核电站中广泛应用的压水堆(如我国的秦山、大亚湾核电站堆型)对天然铀资源的利用率只有约1%,而快堆则可将这一利用率提高到60%~70%。这对充分利用我国的铀资源,促进核电持续发展,解决我国的后续能源供应问题具有重要意义。由于利用率的提高,相对较贫的铀矿也有了开采价值。就世界范围讲,这样能使可采铀的资源增加千倍。以目前探明的天然铀储量推测,快堆的使用可以使铀资源可持续利用3000年以上。

 

快堆——解决铀矿资源枯竭问题

矿石 解决铀矿资源枯竭问题 快堆不用铀-235,而用钚-239作燃料,不过在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子,被装在外围再生区的铀-238吸

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