行波堆和快中子反应堆是什么关系？ 第1页

行波堆是一种改进过的快中子堆。

快中子堆内的裂变链式反应由裂变产生的快中子维系，没有慢化剂存在（水是慢化剂，所以只能用气体或液态金属钠、铅来冷却），可实现核燃料增殖（快中子轰击下钚239裂变产生的下一代中子更多，除维系链式反应外有足够中子用于增殖，将天然铀中占绝大多数的可转换铀238转化为易裂变的钚239），可以极大利用现有天然铀资源（铀238在现有的热中子轻水堆当中是无法有效利用的）。 传统的快中子堆概念当中，贫铀增殖层布置于反应堆堆芯周围，分轴向和径向增殖层，通过后处理回收增殖产生的新燃料，也就是核燃料裂变燃烧—乏燃料卸料和冷却—后处理—再制造的一个循环过程。但是快中子反应堆燃料燃耗高，现有水法后处理工艺处理困难，而且放射性废液量大，燃料元件再制造困难，有核扩散风险。并且由于使用液体金属冷却，快堆在安全性上令人怀疑；快堆需要大量的钚、浓缩铀初装料（乏燃料需要冷却时间长，建立循环所需要的装料量更大），经济性上也不如现有的轻水堆。所以快堆发展在核能应能源需求放缓和严重核事故影响停滞后也停滞了。

在快中子堆出现之初就有科学家（最早是1958年麻省理工的Saveli Feinberg提出），在快中子堆概念上提出了行波堆，行波堆将堆芯设计成不同的部分，燃烧区产生的中子在待转换的新燃料（目前设计多是轴向的布置）中增殖，当新燃料区燃料中易裂变燃料元素（如钚239）达到一定浓度后开始燃烧，形成一个燃烧/增殖波，中子在新燃料和主燃烧区边界增殖并转化新燃料。将反应堆的转化、燃烧过程集中于一个反应堆中，简化燃料循环。在径向布置的行波堆中，则可以通过换料形成往复的驻波，则称为驻波堆。

行波堆的燃烧/增殖，将反应堆分为新燃料区、燃烧区、乏燃料区。新燃料区是可转换的天然铀、贫铀（浓缩铀尾料，含铀235低于0.2%，库存量极大），回收铀（轻水堆乏燃料回收的铀，含有U236，在轻水堆中回用需要额外分离功，无经济价值）或钍（钍232可吸收中子衰变转化为易裂变的铀233），燃烧区在初始阶段使用浓缩铀或乏燃料回收的钚（目前趋向于使用浓缩铀，钚不易进行设计），行波堆的燃烧/增殖波像点蜡烛一样从堆芯一端移动到另一端的时候，也就是全部可转换的新燃料转化并燃烧完以后，才需要换料。

行波堆的燃烧控制完全依靠易裂变核素的生成与消耗之间的动态自平衡实现的，不需要任何外来的辅助。因为燃烧自动分区，主燃烧区和乏燃料区不重叠，主燃烧区内的快热中子都会被易裂变元素充分利用，不会被裂变产物过分消耗，所以行波堆的燃料转化率和燃烧率都很高。而且由于燃耗高，其燃烧速度只有数cm/年，2米高的反应堆在全寿命期内即可不需要换料，仅需在退役时才考虑后处理，比传统的快堆闭式燃料循环方式大大简化，经济性提高，也可以利用铀238资源，由于减少多次后处理时的损失，燃料增殖效率和利用率也更高，还避免后处理所可能导致的核扩散。由于轴向驻波堆的主燃烧区的堆芯布局实际为扁平状，可以回避液体金属冷却（钠冷或铅冷）快堆中的空泡反应性控制难题，提高安全性。

可以认为行波堆是一种具备先进燃料循环的液体金属冷却（钠冷或铅冷）快堆，更加经济、安全、具备防止核扩散特征，属于典型第四代核反应堆技术。因而近年来得到了重视，比如比尔盖茨和泰拉能源在行波堆上的研究。

行波堆的设计特点和快堆类似，需要使用液态金属钠、铅来冷却，并且由于其燃料在反应堆中停留的时间远远大于传统快堆设计，并且在反应堆设计上要考虑增殖波过程，增殖波的形成和转移会带来反应堆反应性的很大波动，并且造成很陡的燃料功率峰，需要设计上进行优化，所以技术难度上更大。