什么是快中子反应堆？

原子能的释放、控制和利用是20世纪重大科技成就之一。原子能是原子核裂变连锁反应释放的能量，所以也叫核能。核裂变和链式反应是在原子反应堆中进行的，所以原子反应堆是核电站的“锅炉”。

目前，大多数核电站使用轻水反应堆。轻水反应堆使用铀-235作为燃料，水作为慢化剂，使高速中子减速，并作为冷却剂。一座发电能力为654.38+0万千瓦的轻水反应堆，每天使用约3公斤铀-235。虽然使用量很少，但由于天然铀储量有限，已证实可使用约1000年，其中铀-235仅占0.7%左右，99.3%为铀-238。铀-235和铀-238都是铀的同位素，它们的原子核会分裂。但是，铀-235有自己独特的裂变方式。当中子击中其原子核时，原子核会分裂成重量几乎相等的两部分，而铀-238不具备上述裂变模式，因此不能作为轻水反应堆的燃料。所以在今天的核电站核燃料中，铀-235就像“优质煤”，而铀-238就像“煤矸石”，只能作为核废料堆在那里，成为污染环境的“公害”。

为了解决上述问题，充分利用铀资源，科学家们正在开发设计另一种类型的反应堆——快中子反应堆，简称“快堆”。快堆使用钚-239作为燃料，而不是铀-235，但铀-238被放置在核心燃料钚-239的外围再生区。钚-239裂变反应释放的快中子在外围再生区被铀-238吸收，铀-238很快就会变成钚-239。这样，钚-239裂变，在产生能量的同时，不断将铀-238转化为可用的燃料钚-239，再生率高于消耗率，核燃料越烧越多，迅速增殖，因此这种反应堆也被称为“快中子增殖反应堆”。据计算，如果快中子反应堆得到推广应用，铀资源的利用率将提高50-60倍，铀-238的大量积累和浪费及环境污染问题将得到解决。

从技术上来说，快堆比轻水堆困难得多。但由于其独特的优势，美国、法国、日本、德国、俄罗斯等国家都在积极发展快中子反应堆。早在1967年，法国就建成了实验堆。1974年，25万千瓦快中子反应堆投入运行。1984年建成1.2万千瓦的大型商用快堆核电站。日本也设计了输出功率为30万千瓦的快中子反应堆。铀钚混合氧化物用作堆芯的核燃料，铀238在堆芯周围。这种快堆可使铀资源利用率提高50倍，经济效益和社会效益十分明显。除上述五国外，澳大利亚、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、意大利和中国也在积极开展相关研究工作。

自20世纪70年代以来，原子能被用于和平事业，并取得了迅速发展。核电站如雨后春笋，逐渐取代化石燃料电厂，成为能源舞台的主角。据统计，世界上有400多座核电站，发电量约占世界总发电量的17%。其中，核电发展最快的国家法国，核电占比已经达到40%。核电具有能量大、占地小、安全可靠、不受地形限制、燃料运输方便等优点，具有广阔的发展前景。我国秦山、大亚湾核电站建成后，还将建设10核电站。快中子反应堆被称为“核燃料生产工厂”，是核电中的一朵奇葩，是未来能源舞台上的重要角色。