一些核燃料丸和一根核燃料棒
与 あずか 核 かく 武器 ぶき 中 ちゅう 不可 ふか 控 ひかえ 的 てき 核 かく 反 はん 应不同 ふどう ,核 かく 反 はん 应堆能 のう 控 ひかえ 制 せい 核 かく 反 はん 应的反 はん 应速率 りつ 。对于裂 きれ 变核燃料 ねんりょう ,当今 とうぎん 一些国家已经形成了相当成熟的核 かく 燃料 ねんりょう 循环 ,包含 ほうがん 对核矿石的 てき 开采、提 つつみ 炼、浓缩、利用 りよう 和 わ 最 さい 终处置 おけ 。大 だい 多数 たすう 裂 きれ 变核燃料 ねんりょう 包含 ほうがん 重 じゅう 裂 きれ 变元素 げんそ ,最 さい 常 つね 见的是 ぜ 铀-235 (235 U)和 わ 钚-239 (239 Pu)。这些元素 げんそ 能 のう 发生核 かく 裂 きれ 变 从而释放能 のう 量 りょう 。例 れい 如,铀-235能 のう 够通过吸收 きゅうしゅう 一 いち 个慢中子 なかご (亦 また 称 たたえ 热中子 なかご )分裂 ぶんれつ 成 なり 较小的 てき 核 かく ,同 どう 时释放出 ほうしゅつ 数量 すうりょう 大 だい 于一个的快 かい 中子 なかご 和 わ 大量 たいりょう 能 のう 量 りょう 。当 とう 反 はん 应堆中 ちゅう 的 てき 中子 なかご 减速剂令 れい 快 かい 中子 なかご 转变为慢中子 なかご ,慢中子 なかご 再 さい 轰击堆 うずたか 中 なか 其他铀-235时,类似的 てき 核 かく 反 はん 应将 はた 能 のう 持 じ 续发生 せい ,即 そく 自我 じが 维持的 てき 核 かく 裂 きれ 变链式反 はん 应 。这使得 とく 自 じ 持 じ 链式反 はん 应成为可能 かのう ,其释放的 てき 能 のう 量 りょう 用 よう 在 ざい 核 かく 反 はん 应堆中 ちゅう 以可以控制 せい 的 てき 速 そく 率 りつ 释放或 ある 在 ざい 核 かく 武器 ぶき 中 ちゅう 以非常 ひじょう 迅速 じんそく 失 しつ 控 ひかえ 制 せい 速 そく 率 りつ 释放。目前 もくぜん 商 しょう 业核反 はん 应堆的 てき 运行都 と 需要 じゅよう 依 よ 靠 もたれ 这种可 か 以控制 せい 的 てき 持 もち 续的链式反 はん 应维持 じ ,但 ただし 不 ふ 仅限于铀 元素 げんそ 这一种核燃料 ねんりょう 。
并不是 ぜ 所有 しょゆう 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 都 と 是 ぜ 通 どおり 过核裂 きれ 变产生 せい 能 のう 量的 りょうてき 。钚-238 和 わ 一些其他的元素也能在放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热电机 つくえ 及其他 た 类型的 てき 核 かく 电池中 ちゅう 以放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变的 てき 形式 けいしき 用 よう 于少量 りょう 地 ち 发电。此外,诸如氚 (3 H)等 とう 轻核 かく 素 もと 可 か 以用作 さく 聚变核 かく 燃料 ねんりょう 。由 よし 于目前 まえ 尚 なお 未 み 有 ゆう 投入 とうにゅう 运行的 てき 商 しょう 业核聚变反 はん 应堆,故 こ 核 かく 燃料 ねんりょう 一般指的都是裂变核燃料。
目前 もくぜん 在 ざい 各 かく 种燃料 ねんりょう 中 ちゅう ,核 かく 燃料 ねんりょう 是 ぜ 具有 ぐゆう 最高 さいこう 能 のう 量 りょう 密度 みつど 的 てき 燃料 ねんりょう 。例 れい 如,1千 せん 克 かつ 铀-235完全 かんぜん 裂 きれ 变产生 せい 的 てき 能 のう 量 りょう 约相当 とう 于2500吨煤燃 もえ 烧所释放的 てき 能 のう 量 りょう 。裂 きれ 变核燃料 ねんりょう 有 ゆう 多 た 种形式 しき ,其中金属 きんぞく 核 かく 燃料 ねんりょう 、陶 とう 瓷核燃料 ねんりょう 和弥 かずや 散 ち 型 かた 核 かく 燃料 ねんりょう 属 ぞく 于固体 こたい 燃料 ねんりょう ,而熔盐核燃料 ねんりょう 则属于液体 えきたい 燃料 ねんりょう ,他 た 们分别有着 ぎ 各自 かくじ 的 てき 特性 とくせい ,适用于不同 どう 类型的 てき 反 はん 应堆。
金属 きんぞく 型 がた 核 かく 燃料 ねんりょう 拥有最高 さいこう 的 てき 裂 きれ 变原子 げんし 密度 みつど ,其热导率高 だか ,制 せい 造 づくり 简单,但 ただし 因 よし 为一般燃料本身熔点较低或晶体相变温度低,反 はん 应时温度 おんど 不能 ふのう 太 ふと 高 だか 。金属 きんぞく 核 かく 燃料 ねんりょう 的 てき 使用 しよう 历史较长,从1946年 ねん 美国 びくに 建 たて 成 しげる 的 てき 世界 せかい 上 じょう 第 だい 一座实验性快中子反应堆——克 かつ 来 らい 门汀反 はん 应堆 (Clementine reactor)到 いた 现在许多用 よう 于测试与研究 けんきゅう 的 てき 核 かく 反 はん 应堆,金属 きんぞく 核 かく 燃料 ねんりょう 一 いち 直 ちょく 在 ざい 被 ひ 使用 しよう 。目前 もくぜん 金属 きんぞく 型 がた 核 かく 燃料 ねんりょう 一般皆为合金而不是金属单质。金属 きんぞく 核 かく 燃料 ねんりょう 一般 いっぱん 用 よう 于石墨 せきぼく 慢化堆 うずたか 和 わ 液 えき 态金属 きんぞく 快 かい 中子 なかご 增殖 ぞうしょく 反 はん 应堆 (如EBR-II )。
铀-235 是 ぜ 人 じん 类最早 さ 使用 しよう 的 てき 核 かく 裂 きれ 变材料 りょう 之 の 一 いち 。金属 きんぞく 态的铀在堆 うずたか 内 うち 使用 しよう 的 てき 主要 しゅよう 缺点 けってん 为:熔点以下 いか 有 ゆう 三种同素异构体,升 しょう 温 あつし 过程中 ちゅう 尺寸 しゃくすん 不 ふ 稳定;辐照稳定性 せい 差 さ ,会 かい 发生辐照肿胀 ;与 あずか 包 つつみ 壳相容 よう 性差 せいさ ;化学 かがく 稳定性 せい 也较差 さ 。此外,辐照还使金属 きんぞく 铀的蠕变速度 そくど 增加 ぞうか (50~ 100倍 ばい )。这些问题可 か 以通过铀的 てき 合金 ごうきん 化 か 有 ゆう 所 しょ 改善 かいぜん 。常 つね 见的铀合金 きん 主要 しゅよう 包括 ほうかつ 铀铝合金 ごうきん 、铀锆合金 ごうきん 、铀硅合金 ごうきん (U3 Si)、铀铌合金 ごうきん 、铀钼合金 ごうきん 以及氢化铀锆等 とう 。
钚-239 可 か 以在反 はん 应堆内 ない 被 ひ 制 せい 造 づくり ,是 ぜ 人造 じんぞう 易 えき 裂 きれ 变元素 げんそ ,其临界质量 比 ひ 铀小,在 ざい 有水 ありみず 的 てき 情 じょう 况下,650克 かつ 的 てき 钚即可 か 发生临界事故 じこ 。金属 きんぞく 态的钚 较脆弱 じゃく ,熔点低 ひく (640℃);从室温 しつおん 到 いた 熔点有 ゆう 六种同素异构体,结构变化复杂;导热系 けい 数 すう 低 てい ,仅为铀的1/6左右 さゆう ;线膨胀系数 すう 大 だい ,各 かく 向 こう 异性十 じゅう 分明 ふんみょう 显;化学 かがく 稳定性 せい 很差,并极易 えき 氧化,易 えき 与 あずか 氢气和 わ 二氧化碳发生反应。这些缺点 けってん 使 し 金属 きんぞく 态的钚不适合作 がっさく 为核燃料 ねんりょう ,一般都以氧化物的形式与氧化铀混合使用,即 そく 混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 。这种钚与铀的组合可 か 以实现快中子 なかご 增殖 ぞうしょく ,因 いん 而成为当今 とうぎん 着 ぎ 重 じゅう 研究 けんきゅう 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 之 の 一 いち 。
钍 -232吸收 きゅうしゅう 中子 なかご 后 きさき 可 か 以转换为可 か 作 さく 核 かく 燃料 ねんりょう 之 の 用 もちい 的 てき 铀-233。钍在地 ち 壳中的 てき 储量很丰富 とみ ,所 しょ 能 のう 提供 ていきょう 的 てき 能 のう 量 りょう 大 だい 约相当 とう 于如今 こん 铀、煤 すす 和 わ 石油 せきゆ 全部 ぜんぶ 储量的 てき 总和。钍的熔点较高,直 ちょく 至 いたり 1400℃才 ざい 发生晶 あきら 体 からだ 结构相 しょう 变,且相变前后 きさき 均 ひとし 为各向 こう 同性 どうせい 结构,所以 ゆえん 辐照稳定性 せい 较好,这是它优于铀、钚之处。金属 きんぞく 态的钍在使用 しよう 中 ちゅう 的 てき 主要 しゅよう 限 げん 制 せい 为辐照 あきら 下 か 蠕变强度 きょうど 很低,一般以氧化物或碳化物的形式使用。在 ざい 热中子 なかご 反 はん 应堆中 ちゅう ,利用 りよう 铀-钍循环可得 え 到 いた 接近 せっきん 于100%的 てき 转换比 ひ ,从而实现“近似 きんじ 增殖 ぞうしょく ”。但 ただし 这种循环比 ひ 较复杂,后 きさき 处理也比较困难,因 いん 此尚未 み 获得广泛应用。 另外,因 いん 为钍 缺乏 けつぼう 武器 ぶき 应用,钍 的 てき 研究 けんきゅう 难以得 え 到 いた 象 ぞう 铀和钚的研究 けんきゅう 那 な 样的重点 じゅうてん 关注。
铀氢锆核燃料 ねんりょう (UZrH)是 これ TRIGA反 はん 应堆 普遍 ふへん 使用 しよう 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう ,其反应速率 りつ 是 ぜ 负温度 おんど 系 けい 数 すう 的 てき ,在 ざい 堆 うずたか 芯 しん 温度 おんど 超 ちょう 过550℃时,铀氢锆会释放氢原子 げんし ,氢逸出 いっしゅつ 堆 うずたか 芯 しん ,被 ひ 贮存在 そんざい 反 はん 应堆内 ない 一个特制的贮存盘里。燃料 ねんりょう 在 ざい 失 しつ 去 さ 氢原子 げんし 时,自身 じしん 温度 おんど 会 かい 很快降 くだ 低 てい ,反 はん 应速率 りつ 减缓。在 ざい 温度 おんど 降 くだ 低 てい 到 いた 一定 いってい 程度 ていど 后 きさき ,燃料 ねんりょう 又 また 会 かい 从贮存 そん 盘内吸收 きゅうしゅう 氢原子 げんし 。整 せい 个反应过程 ほど 由 よし 其自身 じしん 控 ひかえ 制 せい ,不 ふ 会 かい 剧烈地 ち 发生反 はん 应。反 はん 应堆运行时堆芯 しん 温度 おんど 保持 ほじ 在 ざい 一个区间内上下波动,因 いん 此能在 ざい —定 じょう 程度 ていど 上 じょう 避免堆 うずたか 芯 しん 熔毁 。TRIGA反 はん 应堆因 いん 其使用 しよう 的 てき 铀氢锆燃料 ねんりょう 的 てき 这种特性 とくせい ,反 はん 应堆本 ほん 身体 しんたい 积可以比常 つね 规核反 はん 应堆小 しょう 很多,因 いん 为它们不需要 じゅよう 非常 ひじょう 严密的 てき 安全 あんぜん 保 ほ 护措施 ほどこせ ,是 ぜ 分布 ぶんぷ 式 しき 发电 以及教學 きょうがく 用 よう 的 てき 理想 りそう 堆 うずたか 种。目前 もくぜん 世界 せかい 上 じょう 现有70个TRIGA反 はん 应堆,其中一 いち 半 はん 位 い 于美国 こく 。
在 ざい 快 かい 中子 なかご 增殖 ぞうしょく 反 はん 应堆中 なか ,由 ゆかり 核 かく 燃料 ねんりょう 中 ちゅう 的 てき 铀或钚俘获中子 なかご 后 きさき 形成 けいせい 的 てき 少量 しょうりょう 锕系元素 げんそ 能 のう 被 ひ 再 さい 次 つぎ 用 よう 于产生 せい 核 かく 燃料 ねんりょう 。金属 きんぞく 锕系元素 げんそ 核 かく 燃料 ねんりょう 一般 いっぱん 为铀、钚及次 つぎ 要 よう 锕系元素 げんそ 和 わ 锆 的 てき 合金 ごうきん 。因 よし 为金属 きんぞく 的 てき 热膨胀 能 のう 增加 ぞうか 中子 なかご 漏出 ろうしゅつ 量 りょう ,所以 ゆえん 锕系元素 げんそ 核 かく 燃料 ねんりょう 较为安全 あんぜん 。
陶 とう 瓷型核 かく 燃料 ねんりょう 主要 しゅよう 包含 ほうがん 氧化物 ぶつ 核 かく 燃料 ねんりょう 、碳化物 ぶつ 核 かく 燃料 ねんりょう 和 わ 氮化物 ぶつ 核 かく 燃料 ねんりょう 等 とう 。相 あい 对于金属 きんぞく 核 かく 燃料 ねんりょう ,它们的 てき 工作 こうさく 温度 おんど 高 だか ;一般 いっぱん 来 らい 说,与 あずか 冷却 れいきゃく 剂及包 つつみ 壳材料 りょう 的 てき 相 しょう 容 よう 性 せい 好 このみ 。缺点 けってん 是 ぜ 密度 みつど 低 てい 、导热性 せい 差 さ 、易 えき 脆 もろ 化 か 。目前 もくぜん ,二氧化铀陶瓷核燃料是陶瓷型核燃料中应用最广、研究 けんきゅう 最深 さいしん 的 てき 一 いち 种,被 ひ 广泛用 よう 于压水式 しき 反 はん 应堆 和 わ 沸 にえ 水 すい 式 しき 反 はん 应堆 。
锆合金 きむ 和 かず 铀氧化物 ばけもの 的 てき 导热系 けい 数 すう 随 ずい 温度 おんど 的 てき 变化。
二 に 氧化铀是 ぜ 一 いち 种黑色 しょく 的 てき 固 かた 态半 はん 导体 ,其熔点 てん 高 だか (2865℃),晶 あきら 格 かく 结构为面心 こころ 立方 りっぽう ,在 ざい 熔点下 か 无晶型 がた 转变,各 かく 向 こう 同性 どうせい ,抗 こう 辐照稳定性 せい 好 このみ ,且与水 すい 和 わ 包 つつみ 壳材料 りょう 的 てき 相 しょう 容 よう 性 せい 较好。虽然密度 みつど 和 わ 导热系 けい 数 すう 低 てい ,质地脆 もろ 硬 かた ,易 えき 由 よし 于大温度 おんど 梯 はしご 度 ど 造成 ぞうせい 的 てき 热应力 りょく 而开裂 きれ ,但 ただし 优良的 てき 特性 とくせい 使 し 其被广泛用 よう 于核燃料 ねんりょう 。
二氧化铀粉末的生产主要有三种途径:ADU(铀酸胺盐,(NH4 )U2 O7 )流 りゅう 程 ほど ;AUC(三碳酸铀酰胺(NH4 )4 [UO2 (CO3 )3 ])流 りゅう 程 ほど 和 わ IDR流 りゅう 程 ほど 。接着 せっちゃく ,将 はた 二氧化铀粉末与有机粘合剂混合,并被压成高 だか 约1厘 りん 米 まい ,直径 ちょっけい 约0.8厘 りん 米 まい 的 てき 坯块,再 さい 于氩气和氢气的 てき 混合 こんごう 气体中 ちゅう 加 か 热至更 さら 高 だか 的 てき 温度 おんど 烧结,使 つかい 得 とく 原本 げんぽん 实心致密的 てき 固体 こたい 产生一 いち 些孔洞 ほら ,以此制 せい 成 なり 核 かく 反 はん 应堆的 てき 燃料 ねんりょう 芯 しん 块。
需要 じゅよう 注意 ちゅうい 的 てき 是 ぜ ,水溶液 すいようえき 中 ちゅう 二氧化铀的腐蚀与金属表面的电化学 がく 腐 くさ 蚀 是 ぜ 类似的 てき 电化学 がく 过程。
氮化铀 (UN)拥有很高的 てき 熔点,常 つね 作 さく 为NASA 制 せい 造 づくり 的 てき 核 かく 反 はん 应堆的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 。氮化铀的导热系 けい 数 すう 比 ひ 二 に 氧化铀高。但 ただし 除 じょ 非 ひ 氮-15 (15 N)取 と 代 だい 了 りょう 较常见的氮-14 (14 N)被 ひ 用 よう 来 らい 制 せい 备氮化 か 铀燃料 ねんりょう ,否 いや 则核燃料 ねんりょう 中 ちゅう 的 てき 氮-14元素 げんそ 会 かい 与 あずか 中子 なかご 反 はん 应生成 せいせい 大量 たいりょう 的 てき 碳-14 (14 C)。由 よし 于生产氮-14十 じゅう 分 ふん 昂 のぼる 贵,所以 ゆえん 可能 かのう 需要 じゅよう 通 どおり 过火法 ほう (pyro method)再 さい 加工 かこう 以使氮-15得 とく 到 いた 弥 わたる 补。如果将 はた 核 かく 燃料 ねんりょう 在 ざい 加工 かこう 后 きさき 溶解 ようかい 于硝酸 しょうさん 中 なか ,可 か 将 しょう 氮-15的 てき 同位 どうい 素 もと 分 ぶん 离。
碳化铀燃料 ねんりょう 通 どおり 常用 じょうよう 于液 えき 态金属 きんぞく 冷却 れいきゃく 堆 うずたか 中 なか ,并被封 ふう 装 そう 在 ざい 针状燃料 ねんりょう 元 もと 件 けん 里 さと 。对它们的研究 けんきゅう 及应用 よう 始 はじめ 于紧张的20世 せい 纪60至 いたり 70年代 ねんだい 。然 しか 而,最近 さいきん 关于板 いた 形 がた 碳化铀燃料 ねんりょう 的 てき 研究 けんきゅう 也再次 じ 成 なり 为热点 てん ,尤 ゆう 其是在 ざい 微 ほろ 型 かた 核 かく 燃料 ねんりょう 颗粒(如TRISO颗粒)的 てき 研究 けんきゅう 上 じょう 。
碳化铀的高 だか 熔点(2450℃)和 わ 良好 りょうこう 的 てき 导热性 せい 特性 とくせい 使 し 其成为了一个很有吸引力的燃料。因 よし 为碳化 か 铀燃料 ねんりょう 中 ちゅう 不 ふ 含氧元素 げんそ (在 ざい 放射 ほうしゃ 过程中 ちゅう ,氧气或 ある 其他气体的 てき 释放会 かい 导致堆 うずたか 内 うち 产生额外的 てき 压力),并配合 はいごう 陶 すえ 瓷涂层(在 ざい 结构和 わ 化学 かがく 性 せい 质上有 ゆう 优势),碳化铀将成 なり 为某些第 だい 四代裂变反应堆燃料 ねんりょう 的 てき 理想 りそう 候 こう 选者——例 れい 如高温 こうおん 气冷堆 うずたか 。
混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう (MOX燃料 ねんりょう )是 ぜ 以钚 、天然 てんねん 或 ある 耗乏铀 以及乏 とぼし 燃料 ねんりょう 为原料 りょう ,从中提 ひっさげ 取 ど 裂 きれ 变原料 りょう 制 せい 得 とく 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう ,其性质与适用于大多数 たすう 核 かく 反 はん 应堆的 てき 浓缩铀相似 そうじ 但 ただし 不完全 ふかんぜん 相 しょう 同 どう 。混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 是 ぜ 在 ざい 核 かく 电产业中占 うらない 主流 しゅりゅう 的 てき 轻水反 はん 应堆 中 ちゅう 低 てい 浓缩铀(low enriched uranium,LEU)的 てき 理想 りそう 替 がえ 代品 だいひん ,同 どう 时也可 か 作 さく 为中子 なかご 增殖 ぞうしょく 反 はん 应堆的 てき 燃料 ねんりょう 。
混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 的 てき 钚可以来 いらい 自 じ 报废的 てき 核 かく 武器 ぶき ,在 ざい 存 そん 储这些剩余 あまり 钚的过程中 ちゅう 需要 じゅよう 承 うけたまわ 担核 かく 扩散的 てき 风险。在 ざい 混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 的 てき 生 なま 产过程 ほど 中 ちゅう ,对乏燃料 ねんりょう 的 てき 再 さい 处理也存在 そんざい 类似的 てき 风险,因 いん 此对混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 的 てき 使用 しよう 仍存在 そんざい 忧虑。全 ぜん 球 たま 核 かく 能 のう 合作 がっさく 伙伴 (GNEP),是 ぜ 一 いち 个由美国 びくに 发起的 てき 旨 むね 在 ざい 促成 そくせい 乏 とぼし 燃料 ねんりょう 再 さい 处理后 きさき 的 てき 钚用于非武器 ぶき 用途 ようと 的 てき 国 こく 际组织。出 で 于对核 かく 不 ふ 扩散的 てき 考 こう 虑,商 しょう 业核反 はん 应堆乏 とぼし 燃料 ねんりょう 的 てき 再 さい 处理在 ざい 美国 びくに 是 ぜ 不 ふ 被 ひ 允 まこと 许的。除 じょ 了 りょう 日本 にっぽん 以外 いがい ,该组织的其他成 なり 员国(包括 ほうかつ 中国 ちゅうごく 、法 ほう 国 こく 、俄 にわか 罗斯)都 と 已 やめ 拥有军事用途 ようと 的 てき 核 かく 武器 ぶき 。
目前 もくぜん (2005年 ねん 3月 がつ ),商 しょう 业核燃料 ねんりょう 的 てき 再 さい 处理,并将其制成 なり 混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 的 てき 技 わざ 术已经在英国 えいこく 和 わ 法 ほう 国 こく 被 ひ 广泛应用,在 ざい 俄 にわか 罗斯 ,印度 いんど 和 わ 日本 にっぽん 也有 やゆう 少量 しょうりょう 应用。中国 ちゅうごく 则正在 ざい 进行着 ぎ 使用 しよう 混合 こんごう 氧化物 ぶつ 燃料 ねんりょう 的 てき 快 かい 中子 なかご 增殖 ぞうしょく 反 はん 应堆和 かず 核 かく 反 はん 应燃料 ねんりょう 的 てき 再 さい 处理的 てき 相 しょう 关研究 けんきゅう 。
弥 わたる 散 ち 型 かた 核 かく 燃料 ねんりょう 是 ぜ 将 しょう 二 に 氧化铀或 ある 碳化铀等陶 すえ 瓷核燃料 ねんりょう 颗粒均 ひとし 匀地和 わ 非 ひ 裂 きれ 变基体 きたい 材料 ざいりょう (金属 きんぞく 、非金属 ひきんぞく 或 ある 陶 すえ 瓷)混合 こんごう 后 きさき ,经粉末 まつ 冶金 やきん 法 ほう 压制后 きさき 烧结而成的 てき 。弥 わたる 散 ち 型 かた 核 かく 燃料 ねんりょう 的形 まとがた 式能 しきのう 够改善 かいぜん 陶 すえ 瓷型燃料 ねんりょう 的 てき 导热和 わ 延性 えんせい 的 てき 不足 ふそく ,且其优点还包括 ほうかつ 成本 なりもと 较低;物理 ぶつり 和 わ 机 つくえ 械性能 せいのう 较好;燃 もえ 耗也较高;并且可 か 以使用 しよう 多 た 种类型 がた 的 てき 燃料 ねんりょう 。以金属 きんぞく 为基体 きたい 的 てき 弥 わたる 散 ち 型 かた 核 かく 燃料 ねんりょう 导热性能 せいのう 优异,有 ゆう 良好 りょうこう 的 てき 韧性且加工 かこう 性能 せいのう 好 このみ ,如不锈钢基体 きたい 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 可 か 轧制成 なり 板 いた 状 じょう 高 だか 功 こう 率 りつ 密度 みつど 元 もと 件 けん ,已 やめ 用 よう 于美国 びくに 核 かく 动力航空 こうくう 母 はは 舰和核 かく 潜 せん 艇 てい 。
弥 わたる 散 ち 型 かた 核 かく 燃料 ねんりょう 中 ちゅう 裂 きれ 变物质的分布 ぶんぷ 方式 ほうしき 要求 ようきゅう 使用 しよう 浓度更 さら 高 だか 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 制 せい 造 づくり 燃料 ねんりょう 颗粒。
液 えき 态核燃料 ねんりょう 是 ぜ 溶解 ようかい 有 ゆう 核 かく 燃料 ねんりょう 的 てき 液体 えきたい ,因 いん 为使用 しよう 液 えき 态核燃料 ねんりょう 的 てき 核 かく 反 はん 应堆一般 いっぱん 都 と 拥有负反馈 调控机 つくえ 制 せい 所以 ゆえん 较为稳定。但 ただし 液 えき 态核燃料 ねんりょう 也有 やゆう 在 ざい 事故 じこ (如初级系统泄漏)后 きさき 容易 ようい 发生扩散等 とう 缺陷 けっかん 。
熔盐核 かく 燃料 ねんりょう 是 ぜ 由 よし 直接 ちょくせつ 将 はた 核 かく 燃料 ねんりょう 溶解 ようかい 入 いれ 熔盐 冷却 れいきゃく 剂中 ちゅう 制 せい 得 とく 的 てき 液 えき 态核燃料 ねんりょう 。使用 しよう 熔盐核燃 かくねん 的 てき 核 かく 反 はん 应堆(简称熔盐堆 うずたか ),比 ひ 如液体 えきたい 氟化钍反应堆 (liquid fluoride thorium reactor,LFTR),是 ぜ 与 あずか 仅以熔盐作 さく 为冷却剂(而没有 ゆう 将 はた 核 かく 燃料 ねんりょう 溶于熔盐中 ちゅう )的 てき 反 はん 应堆不同 ふどう 的 てき 。
使用 しよう 熔盐核 かく 燃料 ねんりょう 是 ぜ 液 えき 态堆芯 しん 反 はん 应堆实验的 てき 内容 ないよう 之 の 一 いち ,其中,在 ざい 熔盐反 はん 应堆实验 (molten salt reactor experiment,MSRE)中 ちゅう ,熔盐核 かく 燃料 ねんりょう 被 ひ 用 よう 于LFTR。熔盐堆 うずたか 中 なか 的 てき 液 えき 态核燃料 ねんりょう 是 ぜ 锂 、铍 、钍 和 かず 铀等金属 きんぞく 的 てき 氟化物 ぶつ 的 てき 混合 こんごう 物 ぶつ :LiF-BeF2 -ThF4 -UF4 (72-16-12-0.4 mol%)。在 ざい 实验中 ちゅう ,熔盐核 かく 燃料 ねんりょう 的 てき 最高 さいこう 工作 こうさく 温度 おんど 为705℃,但 ただし 因 よし 为熔盐的沸 にえ 点在 てんざい 1400℃,所以 ゆえん 在 ざい 实际使用 しよう 时可以在更 さら 高 だか 温度 おんど 下 か 运行。
水 みず 均 ひとし 匀反应堆 (aqueous homogeneous reactor,AHR)使用 しよう 硫酸 りゅうさん 铀酰或 ある 其他铀盐 的 てき 水溶液 すいようえき 作 さく 为核燃料 ねんりょう 。历史上 じょう ,AHR都 と 仅为科 か 研 けん 用 よう 的 てき 小型 こがた 反 はん 应堆,并无用 よう 于发电的大型 おおがた 反 はん 应堆。一个被称作医用同位素生产系统(medical isotope production system)的 てき AHR现被用 よう 于生产医学 がく 上 じょう 使用 しよう 的 てき 同位 どうい 素 もと 。[ 1]
二 に 氧化铀(UO2 )粉末 ふんまつ 通常 つうじょう 被 ひ 压缩为圆柱 ばしら 形 がた 小 しょう 块,并在高温 こうおん 下 か 烧结,形成 けいせい 直径 ちょっけい 1厘 りん 米 まい ,高 こう 1厘 りん 米 まい 的 てき 高密度 こうみつど 且具有明 ありあけ 确物理性 りせい 质及化学 かがく 组成的 てき 陶 すえ 瓷芯块。这些核 かく 燃料 ねんりょう 块须经抛光 こう 以减小差 しょうさ 异。加工 かこう 后 きさき 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 块接下 か 来 らい 将 はた 被 ひ 堆 うずたか 叠成长柱状 じょう 并装入 にゅう 直径 ちょっけい 1厘 りん 米 まい ,长约4米 まい 的 てき 金属 きんぞく 管 かん 中 ちゅう ——也叫燃料 ねんりょう 棒 ぼう 的 てき 覆 くつがえ 层。覆 くつがえ 层一般厚度为1毫米,用 よう 于防止 ぼうし 有 ゆう 放射 ほうしゃ 性 せい 的 てき 核 かく 裂 きれ 变碎片 へん 逃逸进入冷却 れいきゃく 剂中产生污染。覆 くつがえ 层位于冷却 れいきゃく 剂和核 かく 燃料 ねんりょう 之 の 间,是 ぜ 由 よし 对热中子 なかご 吸收 きゅうしゅう 截面很低的 てき 材料 ざいりょう 制 せい 成 なり 。用 よう 于制造 づくり 覆 くつがえ 层的金属 きんぞく 随 したがえ 反 はん 应堆类型而异,现代的 てき 反 はん 应堆一般使用锆合金或者不锈钢作为覆层,稍 やや 早 はや 的 てき 已 やめ 过时的 てき 反 はん 应堆,如镁诺克 かつ 斯反应堆 (Magnox reactors),使用 しよう 镁及少量 しょうりょう 的 てき 铝组成 なり 的 てき 合金 ごうきん 作 さく 为覆层。装 そう 入 にゅう 核 かく 燃料 ねんりょう 块的金属 きんぞく 管 かん 被 ひ 封 ふう 装 そう 成 なり 为核燃料 ねんりょう 棒 ぼう ,核 かく 燃料 ねんりょう 棒 ささげ 将 すすむ 再 さい 被 ひ 合 ごう 并成束 たばね ,用 よう 于组装 そう 核 かく 反 はん 应堆的 てき 堆 うずたか 芯 しん 。
PWR 燃料 ねんりょう 组件 (也称为燃料 ねんりょう 棒 ぼう 束 たば ) 此燃料 ねんりょう 组件来 き 自 じ 核 かく 动力客 きゃく 运和货运船 せん NS Savannah 的 てき 压水反 はん 应堆。由 ゆかり Bbcock & Wilcox Company 设计制 せい 造 づくり
压水反 はん 应堆 (PWR) 燃料 ねんりょう 由 よし 圆柱状 じょう 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 捆成的 てき 棒 ぼう 束 たば 组成。氧化铀陶瓷以芯 しん 块的形式 けいしき 装 そう 入 にゅう 捆绑在 ざい 一 いち 起 おこり 的 てき 锆 管内 かんない 。锆管直径 ちょっけい 约1 cm ,燃料 ねんりょう 包 つつみ 壳间隙 すき 内 ない 充 たかし 满氦气 用 よう 以改善 かいぜん 燃料 ねんりょう 到 いた 包 つつみ 壳间的 てき 传热 。每 まい 捆组件 けん 约有 179-264 根 ね 燃料 ねんりょう 棒 ぼう ,一个堆芯内约装有121-193捆组件 けん 。燃料 ねんりょう 组件通常 つうじょう 由 よし 14×14 到 いた 17×17 的 てき 捆绑在 ざい 一 いち 起 おこり 的 てき 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 组成。压水反 はん 应堆燃料 ねんりょう 组件长约4米 まい 。在 ざい PWR燃料 ねんりょう 组件内 ない ,控 ひかえ 制 せい 棒 ぼう 从顶部 ぶ 直接 ちょくせつ 插入 そうにゅう 到 いた 燃料 ねんりょう 组件内 ない 。燃料 ねんりょう 组件通常 つうじょう 富 とみ 集 しゅう 有 ゆう 百 ひゃく 分 ふん 之 の 几的235 U。为消除 じょ 陶 すえ 瓷燃料 ねんりょう 内 ない 会 かい 导致腐蚀和氢脆 的 てき 水分 すいぶん ,氧化铀在装 そう 入 にゅう 锆管前 まえ 将 はた 被 ひ 干 ひ 燥。锆管内 ない 充 たかし 入 にゅう 氦气将 はた 芯 しん 块和包 つつみ 壳间的 てき 相互 そうご 作用 さよう 减到最小 さいしょう 以防止 ぼうし 长期运行燃料 ねんりょう 棒 ぼう 失效 しっこう 。
在 ざい 沸 にえ 水 すい 反 はん 应堆 (BWR)中 ちゅう ,燃料 ねんりょう 与 あずか 压水堆 うずたか 燃料 ねんりょう 类似,但 ただし 沸 にえ 水 すい 堆 うずたか 的 てき 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 束 たば 是 ぜ “罐 かん 装 そう ”的 てき ;即 そく 每 ごと 捆组件 けん 外 がい 包 つつみ 围有一 いち 层薄管 かん 道 どう 。这主要 よう 是 ぜ 为了防止 ぼうし 局部 きょくぶ 密度 みつど 变化影 かげ 响反应堆堆 うずたか 芯 しん 的 てき 中子 なかご 和 わ 热工水力 すいりょく 。在 ざい 现代沸 にえ 水 すい 反 はん 应堆燃料 ねんりょう 组件中 ちゅう ,每 まい 个组件 けん 中有 ちゅうう 91、92或 ある 96根 ね 燃料 ねんりょう 棒 ぼう ,具体 ぐたい 数量 すうりょう 取 と 决于制 せい 造 づくり 商 しょう 。在 ざい 美国 びくに 沸 にえ 水 すい 堆 うずたか 中 なか ,反 はん 应堆堆 うずたか 芯 しん 组件的 てき 数量 すうりょう 范围从368个到800个不等 とう 。每 まい 个沸水 すい 堆 うずたか 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 内 ない 充 たかし 入 にゅう 压力约3个大气压(300 kPa)的 てき 氦气。
加 か 拿大重水 じゅうすい 铀反应堆燃料 ねんりょう 棒 ぼう 束 たば 两个加 か 拿大重水 じゅうすい 铀反应堆燃料 ねんりょう 棒 ぼう 束 たばね ,每 まい 捆约 50 cm 长、直径 ちょっけい 10 cm。 照 あきら 片 かた 由加 ゆか 拿大原子 げんし 能 のう 有限 ゆうげん 公司 こうし 提供 ていきょう 。
加 か 拿大重水 じゅうすい 铀反应堆燃料 ねんりょう 棒 ぼう 束 たば 约半米 まい 长、直径 ちょっけい 10 cm。它由烧结的 てき (UO2 )芯 しん 块组成 なり ,芯 しん 块装于锆合金 ごうきん 套管 かにゅーれ 内 ない ,锆合金 きん 端 はし 部 ぶ 焊接。每 まい 捆棒束 たば 毛 げ 重 じゅう 20 kg,一个典型堆芯装料4500-6500捆棒束 たばね ,具体 ぐたい 取 と 决于设计。现代类型通常 つうじょう 有 ゆう 37个相同 どう 的 てき 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 放射状 ほうしゃじょう 排列 はいれつ 于棒束 たば 长轴上 じょう ,但 ただし 在 ざい 以前 いぜん 几种不同 ふどう 的 てき 配置 はいち 和 わ 数量 すうりょう 也被使用 しよう 过。CANFLEX 棒 ぼう 束 たば 有 ゆう 42个燃料 ねんりょう 元 もと 件 けん 、两种元 もと 件 けん 尺寸 しゃくすん 。元 もと 件 けん 直径 ちょっけい 也约10 cm(44英 えい 寸 すん )、0.5 m长、重 じゅう 约20 kg(44 lb)取 と 代 だい 了 りょう 37棒 ぼう 的 てき 标准棒 ぼう 束 たば 。它被特殊 とくしゅ 设计利用 りよう 两种不同 ふどう 的 てき 直径 ちょっけい 来 らい 增强 ぞうきょう 燃料 ねんりょう 性能 せいのう 。如今坎杜堆 うずたか 设计上 じょう 不 ふ 需要 じゅよう 富 とみ 集 しゅう 铀达到临界(得 とく 益 えき 于其更 さら 高 だか 效 こう 的 てき 重水 じゅうすい 慢化剂 ),然 しか 而一些新概念堆要求采用低富集度以降低反应堆尺寸。
除 じょ 了 りょう 上述 じょうじゅつ 常 つね 见的核 かく 燃料 ねんりょう 外 がい ,还有众多其他类型的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 被 ひ 用 よう 于特殊 こと 的 てき 用途 ようと ,但 ただし 这些不 ふ 常 つね 见的核 かく 燃料 ねんりょう 与 あずか 沸 にえ 水 すい 堆 うずたか 、压水堆 うずたか 或 ある 坎杜堆 うずたか 等 とう 核 かく 反 はん 应堆中 ちゅう 使用 しよう 的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 相 しょう 比 ひ 适用范围较小。这些不 ふ 常 つね 见的核 かく 燃料 ねんりょう 中有 ちゅうう 许多只 ただ 在 ざい 实验堆 うずたか 中 なか 得 え 到 いた 使用 しよう ,或 ある 用 よう 于军事 用途 ようと 。
镁诺克 かつ 斯燃料 ねんりょう 棒 ぼう
镁诺克 かつ 斯 反 はん 应堆是 ぜ 一种使用天然铀(即 そく 未 み 富 とみ 集 しゅう 的 てき 铀)作 さく 为燃料 ねんりょう 、镁诺克 かつ 斯合金 きん 作 さく 为燃料 ねんりょう 包 つつみ 壳的承 うけたまわ 压、二 に 氧化碳冷却 れいきゃく 、石墨 せきぼく 慢化 的 てき 反 はん 应堆 。工作 こうさく 压力因 いん 不 ふ 锈钢压力容器 ようき 和 わ 两个设计运行于24.8到 いた 27 bar 的 てき 钢筋混 こん 凝 しこり 土 ど 设计而从 6.9到 いた 19.35 bar 各 かく 异。 镁诺克 かつ 斯 也是一 いち 种合金 ごうきん 的 てき 名字 みょうじ ——主要 しゅよう 成分 せいぶん 为镁 和 わ 少量 しょうりょう 的 てき 铝 以及其他金属 きんぞく ——用 よう 其非氧化层包裹未富 とみ 集 しゅう 铀 的 てき 金属 きんぞく 燃料 ねんりょう 以包容 ほうよう 裂 きれ 变产物 ぶつ 。
镁诺克 かつ 斯 (Magnox) 是非 ぜひ 氧化镁(Mag nesium n on-ox idising)的 てき 缩写。
这种材料 ざいりょう 具有 ぐゆう 中子 なかご 俘获截面小 しょう 的 てき 优势,但 ただし 也有 やゆう 两大缺点 けってん :
它限制 せい 了 りょう 最高 さいこう 温度 おんど ,从而限 げん 制 せい 了 りょう 电站热效率 りつ 。
它与水 すい 反 はん 应,需要 じゅよう 避免乏 とぼし 燃料 ねんりょう 长期贮存在 そんざい 水 すい 下 か 。
镁诺克 かつ 斯燃料 ねんりょう 装 そう 有 ゆう 冷却 れいきゃく 肋 あばら 片 へん 以改善 かいぜん 在 ざい 较低运行温度 おんど 下 か 的 てき 传热,这使其制造 づくり 变得昂 のぼる 贵。使用 しよう 金属 きんぞく 铀而非 ひ 氧化铀使传热更 さら 直接 ちょくせつ 也更便宜 べんぎ ,燃料 ねんりょう 卸 おろし 出 で 反 はん 应堆后 きさき 一小段时间的再处理需求意味着巨大的裂变产物泄漏风险。需要 じゅよう 昂 のぼる 贵的远程操作 そうさ 设施来 らい 减小危险。
切開 せっかい 的 てき TRISO 燃料 ねんりょう 顆粒 かりゅう ,顯示 けんじ 出 で 多層 たそう 包 つつめ 覆 くつがえ 層 そう 。
TRISO燃料 ねんりょう (TRIstructural-ISOtropic fuel)是 ぜ 一種 いっしゅ 微 ほろ 型 かた 燃料 ねんりょう 顆粒 かりゅう 。其燃料 ねんりょう 核心 かくしん 是 ぜ 氧化鈾(有 ゆう 時 じ 是 ぜ 碳化鈾或碳氧化 か 鈾)構成 こうせい ,由 よし 四層各向同性材料包覆。四层包覆層由裏到外包括多孔碳缓冲層(buffer)、致密熱 ねつ 解 かい 碳(PyC)層 そう 、用 よう 以在高溫 こうおん 下 か 阻止 そし 裂 きれ 解 かい 產物 さんぶつ 溢出、加 か 強 きょう TRISO顆粒 かりゅう 結 ゆい 搆強度 きょうど 的 てき 陶 すえ 瓷碳化 か 硅層和 わ 最 さい 外面 がいめん 的 てき 熱 ねつ 解 かい 碳層。TRISO顆粒 かりゅう 的 てき 設計 せっけい 使 し 其在過程 かてい 壓力 あつりょく 下 か (比 ひ 如不均 ひとし 勻熱膨脹 ぼうちょう 和 わ 裂 きれ 解 かい 氣體 きたい 壓力 あつりょく )在 ざい 1600°C以上 いじょう 不 ふ 破碎 はさい ,因 いん 此可以在設計 せっけい 合理 ごうり 的 てき 反應 はんのう 堆 うずたか 中在 なかざい 最 さい 糟 かす 糕的情 じょう 形 がた 下 か 防止 ぼうし 燃料 ねんりょう 外 がい 泄。兩 りょう 種 たね 這樣的 てき 反應 はんのう 堆 うずたか 設計 せっけい 包括 ほうかつ 卵 たまご 石 せき 床 ゆか 堆 うずたか (PBR)和 かず 棱柱塊 かたまり 高 だか 溫氣 うんき 冷 ひや 堆 うずたか (比 ひ 如GT-MHR堆 うずたか )。在 ざい 卵 たまご 石 せき 床 ゆか 堆 うずたか 裏 うら ,數 すう 以千計 けい 的 てき TRISO顆粒 かりゅう 被 ひ 分散 ぶんさん 在 ざい 卵 たまご 石 せき 狀 じょう 石墨 せきぼく 塊 かたまり 中 ちゅう 。在 ざい 棱柱塊 かたまり 高 だか 溫氣 うんき 冷 ひや 堆 うずたか 中 なか ,TRISO顆粒 かりゅう 被 ひ 製 せい 成 なり 塊狀 かいじょう 置 おけ 於石墨 すみ 塊 かたまり 中 ちゅう 。上述 じょうじゅつ 兩 りょう 種 たね 堆 うずたか 均 ひとし 是 ぜ 高溫 こうおん 堆 うずたか (HTR),在 ざい 第 だい 四代技術目標屬於三代以上堆,因 いん 爲 ため 其設計 けい 操作 そうさ 溫度 おんど 和 わ 條件 じょうけん 低 てい 於六類堆之一的極高溫度反應堆。
TRISO燃料 ねんりょう 顆粒 かりゅう 由 ゆかり 英國 えいこく 在 ざい DRAGON計 けい 劃中率先 そっせん 研 けん 製 せい 。D. T. Livey首 くび 先 さき 提出 ていしゅつ 用 よう 碳化硅作爲 さくい 擴散 かくさん 阻滯劑 ざい 。[ 2] 使用 しよう TRISO燃料 ねんりょう 的 てき 首座 しゅざ 核 かく 反應 はんのう 堆 うずたか 是 これ DRAGON反應 はんのう 堆 うずたか ,首座 しゅざ 核 かく 電 でん 站是THTR-300。目前 もくぜん ,一些實驗反應堆使用TRISO燃料 ねんりょう 塊 かたまり ,包括 ほうかつ 中國 ちゅうごく 的 てき HTR-10以及日本 にっぽん 的 てき HTTR。
RBMK反應 はんのう 堆 うずたか 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 儲 もうか 存 そん 盒 1 – 間隔 かんかく 電 でん 樞 くるる ; 2 – 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 殼 から ; 3 – 燃料 ねんりょう 塊 かたまり .
在 ざい QUADRISO燃料 ねんりょう (QUADRuple ISOtropic fuel)顆粒 かりゅう 中 ちゅう ,一層 いっそう 可燃 かねん 性 せい 中子 なかご 毒物 どくぶつ (氧化銪、氧化鉺或碳化鉺)包 つつみ 覆 くつがえ 在 ざい 傳統 でんとう TRISO燃料 ねんりょう 核 かく 心外 しんがい ,以更好 このみ 的 てき 控 ひかえ 制 せい 過度 かど 反應 はんのう 性 せい 。如果堆 うずたか 芯 しん 既 すんで 含有 がんゆう TRISO燃料 ねんりょう 又 また 含有 がんゆう QUADRISO燃料 ねんりょう ,因 いん 可燃 かねん 性 せい 中子 なかご 毒物 どくぶつ 層 そう 的 てき 緣故 えんこ ,在 ざい 反應 はんのう 起 おこり 始 はじめ 中子 なかご 無法 むほう 染 しみ 指 ゆび QUADRISO顆粒 かりゅう 中 ちゅう 的 てき 燃料 ねんりょう 。經 けい 輻 や 照 あきら 后 きさき ,中子 なかご 毒物 どくぶつ 消耗 しょうもう 殆盡,中子 なかご 流 りゅう 進入 しんにゅう QUADRISO顆粒 かりゅう 中 ちゅう 燃料 ねんりょう 核心 かくしん ,引發核 かく 裂 きれ 變 へん 反應 はんのう 。這個過程 かてい 和 わ 普通 ふつう TRISO燃料 ねんりょう 的 てき 消耗 しょうもう 相互 そうご 補償 ほしょう 。在 ざい 廣義 こうぎ QUADRISO燃料 ねんりょう 概念 がいねん 裏 うら ,中子 なかご 毒物 どくぶつ 最終 さいしゅう 可 か 以同燃料 ねんりょう 核 かく 心 こころ 或 ある 者 もの 外層 がいそう 的 てき 熱 ねつ 解 かい 碳混合 こんごう 在 ざい 一 いち 起 おこり 。QUADRISO燃料 ねんりょう 的 てき 概念 がいねん 由美 ゆみ 國 こく 阿 おもね 岡 おか 國家 こっか 實驗 じっけん 室 しつ 提出 ていしゅつ 。
RBMK燃料 ねんりょう 用 よう 於前蘇 そ 聯 れん 設計 せっけい 建造 けんぞう 的 てき RBMK型 がた 反應 はんのう 堆 うずたか 。這種燃料 ねんりょう 屬 ぞく 低 てい 濃縮 のうしゅく 氧化鈾燃料 ねんりょう 。RBMK堆 うずたか 的 てき 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 長 ちょう 達 たち 3米 めーとる ,兩 りょう 根 ね 燃料 ねんりょう 棒 ぼう 首尾 しゅび 相 しょう 接 せっ 放 ひ 在 ざい 加壓 かあつ 的 てき 燃料 ねんりょう 管 かん 中 ちゅう 。來 らい 自 じ 俄 にわか 羅 ら 斯VVER反應 はんのう 堆 うずたか 乏 とぼし 燃料 ねんりょう 的 てき 再生 さいせい 鈾被用 よう 來 らい 製造 せいぞう RBMK燃料 ねんりょう 。切 きり 爾 なんじ 諾 だく 貝 かい 利 り 事故 じこ 之 これ 後 ご ,該燃料 ねんりょう 濃縮 のうしゅく 度 ど 由 よし 2.0%增加 ぞうか 到 いた 2.4%,以補償 ほしょう 控 ひかえ 制 せい 棒 ぼう 的 てき 修 おさむ 改 あらため 和 わ 更 さら 多 た 吸收 きゅうしゅう 劑 ざい 的 てき 引入。
CerMet燃料 ねんりょう 由 よし 嵌 はま 在 ざい 金屬 きんぞく 介 かい 質 しつ 中 ちゅう 的 てき 陶 すえ 瓷燃料 ねんりょう 顆粒 かりゅう (通常 つうじょう 是 ぜ 氧化鈾)構成 こうせい 。有人 ゆうじん 猜測美國 びくに 海軍 かいぐん 的 てき 反應 はんのう 堆 うずたか 使用 しよう 這種燃料 ねんりょう 。這種燃料 ねんりょう 導 しるべ 熱 ねつ 性能 せいのう 好 このみ ,可 か 以耐受膨脹 ぼうちょう 。
ATR 堆 うずたか 芯 しん 位 くらい 于爱达荷 に 国家 こっか 实验室 しつ 的 てき 先 さき 进测试反应堆使用 しよう 三叶草叶片形排列的板型燃料。堆 うずたか 芯 しん 周 しゅう 围的蓝色辉光就是著名 ちょめい 的 てき 切 きり 连科夫 おっと 辐射 。
板 いた 型 がた 燃料 ねんりょう 历来都 と 遭受冷 ひや 落。它通常 つうじょう 由 よし 夹在金属 きんぞく 包 つつみ 壳内的 てき 浓缩铀构成 なり 。板 いた 型 がた 燃料 ねんりょう 用 よう 于几个需要 じゅよう 高 だか 中子 なかご 注 ちゅう 量 りょう 率 りつ 的 てき 研究 けんきゅう 堆 うずたか 中 なか ,用 よう 于金属 きんぞく 辐照研究 けんきゅう 或 ある 同位 どうい 素生 すじょう 产之类,堆 うずたか 内 うち 没 ぼつ 有 ゆう 陶 すえ 瓷柱形 がた 燃料 ねんりょう 的 てき 高温 こうおん 。它现在 ざい 正 せい 被 ひ 用 よう 于位于爱达荷 に 国家 こっか 实验室 しつ 的 てき 先 さき 进测试反应堆中 なか 。
使用 しよう 过后的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 是 ぜ 裂 きれ 变产物 ぶつ 、铀、钚以及次 つぎ 要 よう 锕系元素 げんそ 的 てき 混合 こんごう 物 ぶつ 。曾在核 かく 反 はん 应堆高温 こうおん 中 ちゅう 反 はん 应的核 かく 燃料 ねんりょう 的 てき 化学 かがく 组成往往 おうおう 是 ぜ 不 ふ 均 ひとし 匀的,燃料 ねんりょう 可能 かのう 会 かい 含有 がんゆう 铂族元素 げんそ (如钯 )的 てき 纳米颗粒。在 ざい 使用 しよう 过程中 ちゅう ,核 かく 燃料 ねんりょう 可能 かのう 还会接近 せっきん 其熔点 てん 或 ある 出 で 现开裂 きれ 和 わ 膨胀等 とう 现象。乏 とぼし 燃料 ねんりょう 可能 かのう 发生破裂 はれつ ,但 ただし 是 ぜ 是 ぜ 不溶 ふよう 于水的 てき ,所以 ゆえん 水 すい 环境下 か 的 てき 二氧化铀仍能保留其晶 あきら 格 かく 中 ちゅう 绝大多数 たすう 的 てき 带有放射 ほうしゃ 性 せい 的 てき 锕系元素 げんそ 和 かず 裂 きれ 变产物 ぶつ 。事故 じこ 中 ちゅう 的 てき 氧化物 ぶつ 核 かく 燃料 ねんりょう 有 ゆう 两种可能 かのう 的 てき 扩散方式 ほうしき :裂 きれ 变产物 ぶつ 能 のう 被 ひ 转化为气体 或 ある 以微小 びしょう 颗粒的 てき 形式 けいしき 分散 ぶんさん 分散 ぶんさん 。
聚变核 かく 燃料 ねんりょう 包括 ほうかつ 氘 (2 H)、氚 (3 H)及氦-3 (3 He)等 とう 。尽 つき 管 かん 还有众多核 かく 素之 もとゆき 间也能 のう 发生核 かく 聚变,但 ただし 因 よし 为原子核 げんしかく 所 しょ 带电荷 に 越 こし 多 た 则需要 じゅよう 更 さら 高 だか 的 てき 温度 おんど 引发核 かく 聚变,所以 ゆえん 仅有质量最 さい 轻的几种核 かく 素 もと 才 ざい 被 ひ 视为聚变核 かく 燃料 ねんりょう 。虽然核 かく 聚变的 てき 能 のう 量 りょう 密度 みつど 甚至比 ひ 核 かく 裂 きれ 变的还高,且人们已经制造 づくり 出 で 可 か 以维持 じ 数 すう 分 ふん 钟的核 かく 聚变反 はん 应堆,但 ただし 将 はた 聚变核 かく 燃料 ねんりょう 用作 ようさく 为能源 げん 仍只在 ざい 理 り 论上可 か 行 ぎょう [ 3] 。
氘与氚都可 か 被 ひ 视作与 あずか 第 だい 一 いち 代 だい 聚变核 かく 燃料 ねんりょう 。因 よし 为氘与氚所带电荷 に 较少,所以 ゆえん 在 ざい 所有 しょゆう 核 かく 素 もと 中 ちゅう 它们是 ぜ 最 さい 易 えき 发生核 かく 聚变的 てき 。下面 かめん 列 れつ 举的是 ぜ 最 さい 常 つね 被 ひ 引用 いんよう 的 てき 发生在 ざい 第 だい 一代聚变核燃料之间的三种核反应:
2 H + 3 H
→
{\displaystyle \rightarrow }
n
(14.07 MeV) + 4 He (3.52 MeV)
2 H + 2 H
→
{\displaystyle \rightarrow }
n (2.45 MeV) + 3 He (0.82 MeV)
2 H + 2 H
→
{\displaystyle \rightarrow }
p
(3.02 MeV) + 3 H (1.01 MeV)
与 あずか 第 だい 一代聚变核燃料相比,第 だい 二代聚变核燃料需要更高的约束温度 おんど (confinement temperature)或 ある 更 さら 长的约束时间 (confinement time),但 ただし 在 ざい 反 はん 应中产生的 てき 中子 なかご 量 りょう 较少。因 よし 为中子 なかご 不 ふ 带电,不 ふ 受磁场 约束,会 かい 被 ひ 核 かく 聚变反 はん 应堆内壁 ないへき 吸收 きゅうしゅう ,使 つかい 得 とく 内壁 ないへき 材料 ざいりょう 带上放射 ほうしゃ 性 せい ,所以 ゆえん 被 ひ 视为可 か 控 ひかえ 核 かく 聚变中 ちゅう 是 ぜ 有害 ゆうがい 副 ふく 产物 。第 だい 二代聚变核燃料包括氘与氦-3,虽然产物都 と 是 ぜ 带电粒子 りゅうし ,但 ただし 是 ぜ 此代 このしろ 聚变核 かく 燃料 ねんりょう 也可发生不能 ふのう 忽 ゆるがせ 略 りゃく 的 てき 、产生中子 なかご 的 てき 副 ふく 反 はん 应 。
2 H + 3 He
→
{\displaystyle \rightarrow }
p (14.68 MeV) + 4 He (3.67 MeV)
第 だい 三代聚变核燃料之间发生的反应中只产生带电粒子,且副反 はん 应可忽 ゆるがせ 略 りゃく 。因 よし 为中子 なかご 产量很低,所以 ゆえん 使用 しよう 第 だい 三代聚变核燃料的核反应堆的内壁放射性不会用明显增强。使用 しよう 第 だい 三 さん 代 だい 聚变核 かく 燃料 ねんりょう 作 さく 为聚变反应堆的 てき 核 かく 燃料 ねんりょう 是 ぜ 可 か 控 ひかえ 核 かく 聚变的 てき 最 さい 终目标。在 ざい 所有 しょゆう 的 てき 第 だい 三 さん 代 だい 聚变核 かく 燃料 ねんりょう 中 ちゅう ,氦-3具有 ぐゆう 最高 さいこう 的 てき 麦 むぎ 克 かつ 斯韦反 はん 应性(Maxwellian reactivity),但 ただし 是 これ 地球 ちきゅう 上 うえ 氦-3的 てき 储藏量 りょう 极低。
3 He + 3 He
→
{\displaystyle \rightarrow }
2p + 4 He (12.86 MeV)
另一个可作为候选的无中子反应是氕-硼反应:
p + 11 B → 34 He
在 ざい 合理 ごうり 的 てき 假 かり 设中,此反应的副 ふく 反 はん 应会导致约0.1%的 てき 聚变能 のう 被 ひ 中子 なかご 带走。在 ざい 123keV时,此反应的最 さい 佳 けい 温度 おんど 约为纯氢反 はん 应的10倍 ばい ,对能量 りょう 约束的 てき 要求 ようきゅう 要 よう 比 ひ 氘-氚反应严格 かく 500倍 ばい ,但 ただし 能 のう 量 りょう 密度 みつど 仅为氘-氚反应的0.4‰。[ 4]