前三代核电技术之所以分代是出于对安全性的要求越来越高。但是从2000年开始出现了新的情况——国际能源紧张，有核国家积累了多年的高放核废料难以处理。由此出现了两个问题：第一，铀资源是否充足；第二，核废料无法处理，核能可持续发展难以维持。

 

数据显示，目前，国外130美元/公斤以下的天然铀储量只有500多万吨，只能供500多座100万千瓦的核电站，但是世界上现在已有372座在运行。而在未来规划中，仅我国就计划到2050年再建设400座百万千瓦的核电站。

 

鉴于此，第四代核电技术提出几点要求：第一，有效利用核资源、环境干净、可持续发展；第二，经济性好；第三，安全性好，堆型的融化概率达到10-6；第四，实体防卫好。

 

满足上述要求的堆型就可称为第四代堆。在科学家选定的6种第四代堆型中，快堆占据了一半，也是唯一有实际建造的堆型。

 

反应堆都是由链式裂变反应产生的，热中子堆的转换率为60%。而快中子堆主要是由平均能量为0.1Mev以上的快中子引起，由于速度快，快中子不易被吸收，燃料的转换率能达到130%。这还是在使用PuO2和UO2混合燃料的情况下。如果使用铀、钚、锆金属燃料，可以实现160%的转换率。

 

因此，快中子堆的一个突出特点就是转换率大于1，真正做到核燃料越烧越多。并且其消耗的是不易裂变的U-238，U-238在天然铀中含量达到99.2%以上，而压水堆消耗的易发生裂变的U-235只有0.71%。

 

快堆的乏燃料经后处理，钚返回堆内再燃烧，多余的钚则装载新的快堆。如此封闭并无限次循环对铀资源的利用率可从单发展压水堆的1％左右提高到60%～70％。

 

而且，由于利用率的提高，再贫的铀矿也值得开采，国际原子能机构（IAEA）的数据认为可采铀资源将增千倍。

 

在热中子反应堆运行时，会产生长寿命次量锕系核素（MA）。它们需要衰变三四百万年才能将其放射性毒素降到天然铀的水平。但是这些核素在快中子场中可以裂变成产物，获得裂变能，变害为利。研究证明，一座热功率为100万～150万千瓦的大型快堆，可以嬗变掉5～10座同等功率压水堆所产生的长寿命核废物。

 

在快堆中，又以钠冷快堆性能最好，全世界建过18个钠冷快堆，中国实验快堆（CEFR）也是钠冷快堆。

 

同铅冷快堆和气冷快堆相比，钠冷快堆优势明显。首先，钠原子质量大，中子碰撞之后质量不损失；第二，钠吸收中子不多，不损耗能量；第三，导热性好，很容易把能量带走，解决了反应堆最怕的过热问题；第四，钠的熔点是98℃，但沸点高达890℃。在通常500℃～600℃的工作环境中不需要加压，安全性高。在CEFR中，8米直径的反应堆用了260吨的液态钠，只需要两层25毫米外壁的壳进行防护。可以说，钠是目前最好的快堆冷却剂。（陈欢欢）

 

《科学时报》 (2010-8-9 A4 科学基金)