锡能不能用做核反应堆的冷却剂? 第1页

液态金属冷却剂材料的选用，一般会从以下几个方面考虑：

1.金属的熔沸点：

一方面，在反应堆中，冷却剂一般以液态形式存在，所以这要求金属冷却剂的熔点越低越好，这样可以使得反应堆运行温度的下限降低，对堆芯结构材料耐热性的要求就会相应降低，工程难度也会降低，这也就是为什么铅基反应堆一般会经历铅铋堆这一阶段，其中一个原因就是铅铋共晶体的熔点低，较铅冷堆而言其工程难度会小。另一方面，从发电效率的角度讲，冷却剂的沸点当然是高一点好，沸点越高，意味着反应堆出口温度可以越高（当然主要还是看堆芯结构材料的耐热性），这就是为什么我们要在压水堆中使用高压来提高水的沸点。

从热物性这一方面讲，锡的熔点为231.93℃，高于钠和铅铋共晶体、低于铅；沸点为2602℃，对于常用结构材料而言，这个温度也足够高了。

2.中子学特性：

在反应堆中，为了提高中子经济性，要求冷却剂和结构材料的吸收截面越小越好，因为中子被吸收得越少，反应堆越容易维持链式裂变反应。铅的宏观吸收截面为0.006/cm，钠的宏观吸收截面为0.013/cm；锡的宏观吸收截面为0.021/cm，相比于钠和铅这两种常用金属冷却剂而言吸收截面高很多，和水的宏观吸收截面几乎相等。吸收截面的大小还会影响冷却剂空泡反应性系数，对于液态金属快堆而言，吸收截面较大的冷却剂材料会引入较大的正的空泡系数，对于钠冷快堆而言，钠的空泡反应性是值得关注的问题；相比之下，锡的吸收截面是偏大了。

3.与结构材料的相容性

冷却剂需要与包壳及结构材料有良好的相容性，否则会导致材料腐蚀，热应力结构发生变化。液态金属锡可能会溶解一些金属材料，对结构材料造成腐蚀，冷却剂中的腐蚀产物会导致流道堵塞。但具体的腐蚀情况与结构材料、流速、温度等有关，需要通过实验来研究。

4.热学和流动性能

冷却剂的功能是不断循环、带走燃料热量，因此，比热容要大，粘度要小。锡的比热容比钠小，比铅大。（黏度数据不太清楚，欢迎补充）

总的来说，就现实而言，目前几乎没有使用锡做反应堆冷却剂的成熟案例；美国斯坦福大学好像做过类似的探索实验，估计也没有得到可行的结论。之于锡不能作为冷却剂的主要原因，个人认为可能是吸收截面大和相容性不好。

实际上，很多冷却剂材料的可行性都要通过实验和工程实践来研究验证。比如液态金属铅冷却剂，很多问题是在工程中发现的，也是在工程中解决的。

另外提一个类似却更极端的材料：镓。有学者尝试利用镓作为冷却剂，因为镓的熔点只有29℃，沸点高达2403℃；然而，镓的吸收截面偏大，远大于锡；而且镓与结构材料的相容性不好，很容易使结构材料脆化。