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| 反应堆冷却剂 |
核反应堆的冷却剂是指用来冷却核反应堆堆芯，并将堆芯所释放的热量载带出核反应堆的工作介质，也称载热剂。除了由核燃料的核裂变产生热量以外，其他部件也因吸收γ射线和慢化中子而发热，所以对相关组件和堆内构件以及反射层、屏蔽层等也需要适当冷却。但堆内约90%的发热来自于燃料组件，冷却的重点应当是燃料棒。
简介
核反应堆的冷却剂是指用来冷却核反应堆堆芯，并将堆芯所释放的热量载带出核反应堆的工作介质，也称载热剂。除了由核燃料的核裂变产生热量以外，其他部件也因吸收γ射线和慢化中子而发热，所以对相关组件和堆内构件以及反射层、屏蔽层等也需要适当冷却。但堆内约90%的发热来自于燃料组件，冷却的重点应当是燃料棒。核反应堆的冷却的特点是：第一，在稳态运行工况下，核反应堆是一种控制发热型装置，因为核裂变没有温度上限，为维持一定的温度，必须采取可控冷却措施;在停堆过程中也需要排除剩余衰变热量。第二，在异常和事故工况下，如出现燃料棒热点、材料熔化时都应确保反应堆的冷却条件；在丧失冷却剂事故中，需启动紧急堆芯冷却系统。因此，冷却剂的作用是非常重要的，它的功能是不可代替的。为了在尽可能小的传热面积条件下从堆芯载带出更多的热量，得到更高的冷却效率，冷却剂可选用更具有适当热物理性质，如比热容和热导率大、熔点低、沸点高的物质。冷却剂的材料总是流体，但取决于反应堆的设计，可以采用液态，也可以采用气态。目前大多数热中子堆都使用轻水或重水作为冷却剂材料；快中子堆采用液态金属钠，而气冷堆则用CO2或氦作为冷却剂材料。
评价
冷却剂的特点是，具有良好的传热性和流动性，高沸点、低熔点、泵送功率低，对热和辐射有良好的稳定性，在反应堆系统下不产生腐蚀，感生放射性低，中子俘获截面小。常用的冷却剂分气体和液体两类。气体冷却剂有二氧化碳和氦气。其优点是选择工作压强和温度时，可以完全独立地进行，因而能实现高温低压运行；缺点是泵送功率大。液体冷却剂有轻水、重水和液态金属。后者具有热导率高、蒸气压低的特点。快增殖堆常用液态钠作冷却剂。液态钠熔点较低（98℃），热导率高，但有一定腐蚀性，能使回路管道因质量迁移而堵塞。此外，钠吸收中子后会产生强放射性24Na，而且钠很活泼，遇水即爆炸，故在设计热交换器时要特别注意。二氧化碳和氦都是气冷堆的冷却剂。前者被广泛使用于石墨气冷堆(Magnox型)和改进型气冷堆（AGR），它的优点是可以大量廉价制取，易于操作和处理；100℃以下化学惰性、冷却载热能力和辐射稳定性好；感生放射性小。但在更高的温度下，CO2的化学性质活泼，与慢化剂石墨、钢材结构的相容性成为制约的因素。因此在更高的使用温度下，必须用氦来取代。至今，反应堆出口温度在750~1000℃范围的高温气冷堆都用氦作为冷却剂。氦具有比热容和热导率高、中子吸收截面小、化学和辐射稳定性好等优点，但这是一种稀有气体。生产工艺复杂，制造费用颇高。[1]