主题：聚变PK裂变 -- tojinge
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家园 新思维——“核热泉”快中子增殖堆 工程师们对裂变反应堆有着各种想法，但是最后能够成功商业化的没有几种堆型。这次介绍一下俄罗斯人在铅冷快堆基础上想出一种反应堆——“核热泉”。
他们设计出一个比较深一些的池子，装满铅，然后将堆芯放在池子的底部，然后利用铅受热后，自然向上流动。热铅熔液在上部加热蒸汽，然后被冷却，回流到池子的底部。
这套体系完全是依赖于液态铅热流的自然循环，来实现换热发电过程。
堆芯设计采用把核燃料做成空心球，能够在铅液中自然上浮。正常情况下，这些空心球被压在池底。一旦出现堆芯失去控制时，空心球自动地上浮，离开堆芯位置，使得反应被终止。
“核热泉”反应堆设计极为简洁，完全依赖自然循环实现反应和控制，而避免了因为泵等原因导致系统崩溃。
并且相比钠冷堆而言，铅冷具有化学的稳定，不会“见空气死”。但是问题依旧是“材料”。首先是核燃料的空心球设计，能耐铅的腐蚀，能耐高温。然后就是炉壁材料，同样也要耐高温，耐腐蚀，耐蠕变的材料，或许SiC能成为未来的选项。
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家园 现在用的压水堆发电，其实潜力还是蛮大的 核电现在发展的路径好像很多，其实把水堆发电的潜力挖掘够了就行了。
首先，现代压水堆水加热以后温度还不算太高，都是处在亚临界状态，水的温度还不到400摄氏度，水堆发电的热效率一般也就是30%，一般还到不了这么多，如果能把水堆的循环水提高到超临界状态，像现在的火力发电机组那样的最高50%，就可以大大提高核燃料的利用率。
另外核电厂最好是建在海边，这样核反应堆的余热可以直接送到海水淡化厂来淡化海水，浓缩以后的海水可以用来制盐，提取化工原料啥的，当然了这是一个比较复杂的系统工程。
其次，水堆的燃料干脆就用增殖反应堆生产出来的钚好了，最近有消息说国内想引进毛子的技术建设80万千瓦的增殖反应堆，毕竟毛子做这块很多年了，技术上应该也成熟了，如果国内真的建成了这样级别的快中子反应堆，那恐怕就不是实验性的了，每年生产的钚会相当可观，直接拿这个当燃料完全可以，不用去搞别的堆型了，现在世界上废弃的铀238估计就能用一气了。
最后想说的是，现代水堆用的一回路水基本是轻水，干嘛不用重水呢？一回路用重水，它把热量传递给二回路的轻水就可以了，本身是没有损耗的，我的设想就是反应堆的减速剂和一回路的冷却剂都用重水，二回路的冷却水用轻水就行了，重水的好处是可以提高燃料的利用率，核燃料烧的会比较透，况且可以用多种核燃料，不像现在的压水堆只能用浓缩铀。
家园 重水堆也有啊，架不住重水贵啊 加拿大的CANDU就是重水冷却重水慢化的，重水堆的问题有两个一个是重水慢化能力不如水，但是慢化比高，所以堆芯很大，做压力容器不合算，用压力管排管，成本可以低一些，反而不是劣势，但是压力管在全寿期里要全部更换一次，很痛苦，另外也牺牲了热效率；第二个是重水堆的重水昂贵，还需要配专门的重水纯化排氚的设计，千瓦装机成本比压水堆高一些。当然作为三种主流商业堆芯而言，重水堆最大的优势就是燃料成本低，可以烧天然铀，MOX，甚至压水堆的乏燃料，但是燃耗低需要在线卸料。
下一代的重水堆计划采用轻水冷却，减少重水使用，但是需要使用1.2～1.5%的稍加浓铀。而且计划可以实现钍的自持循环（但是钍燃料的后处理是个悲剧）
重水堆的麻烦还有核扩散方面的，重水堆只要增加在线卸料的频率就可以当作钚生产堆来使用。印度的核计划就是以加拿大提供的研究堆和后来的山寨CANDU为主力的。而且由于不需要大型压力容器，CANDU山寨的技术难度不高，这个既是好处也是坏处，顺便提一下山寨燃料组件是最容易的，因此燃料循环成本很低。
钚在轻水堆里用很不合算的，因为如果经过两次以上循环之后之后回收的钚当中核燃料钚239和241的比例很低，钚240、242和238量大，而且钚的销毁很麻烦，所以钚的闭式循环主要还是指望快堆，不过快堆也可以生产铀233，到热中子堆里烧，它是非常好的热中子堆核燃料（控制上比铀235略差，但是由于转化比高很耐烧），铀233可以在中子经济性好一点的热堆比如CANDU、石墨水冷堆、高温气冷堆中实现自持（能实现的增殖比很小）。
快中子堆现在的问题就是安全，快堆要是失控，百万千瓦级的堆芯将相当对130吨TNT（法国人搞“凤凰”的时候估算的），偏偏快堆烧钚的缓发中子比例小，而且燃料、冷却剂的多普勒效应和冷却剂的空泡效应的控制性都不太好，可以认为经济性（包括燃料制造增殖比）和安全性是矛盾的。
核电厂联产海水淡化是有的，红沿河就是这么想的——不过用的是反渗透法，不是火电联产淡化利用废热的路线（低温多效之类的）。
家园 我也一直很纳闷为什么核电不搞超临界，这可是火电的成熟技术 家园 有，四代堆候选之一 但核堆的安全性要求比火电高很多，同样材料制造的压力容器，火电可以用于超临界，核电不行。
家园 超临界水堆可是四代堆最有吸引力的方向之一 水是人类打交道最多的工质，经济性和技术继承性都非常好。问题是火电的材料被反应堆的中子等辐照之后不能满足要求。
超临界水堆可以做成热中子谱也可以做成快中子谱，因为超临界水的热容大，少量水就可以冷却，可以不用完全慢化，热谱的需要设计水棒进行慢化，也有用氢化锆的方案的。
家园 快堆用钠冷堆是不是快堆发热量特别大 而水的热容量比钠小的多，所以水不能吸收这么多的热量，才用钠来作为冷却剂的。
如果这样，有没有可能核反应脉冲式发生，反应一分钟，再插入控制棒，停止反应三分钟，再拔出控制棒，反应一分钟呢，这样，发热量会减小，这样是不是就能用水来做冷却剂了。