快中子增殖反应堆研究进展怎么样？有可靠的商业堆建立和运行的时间表吗？
好的，我们来聊聊快中子增殖反应堆（Fast Breeder Reactor, FBR）的那些事儿。这玩意儿可不是什么新鲜玩意儿，但它的潜力，尤其是对于解决未来能源危机和核废料问题，一直让科学家和工程师们趋之若鹜。
快中子增殖反应堆：概念的魅力
首先，得弄清楚这“快中子增殖”到底是个什么意思。我们现在大部分运行的核电站用的都是“慢化”中子，中子速度慢下来后更容易引发铀235（U235）的链式反应，产生能量。但U235在地壳里的储量其实不多，迟早会用完。
而快中子反应堆，顾名思义，它使用“快”的中子来引发链式反应。这有什么好处呢？关键就在于“增殖”。在快中子反应堆里，除了U235被烧掉，它还能通过“捕获”快中子，将原本不能直接使用的贫铀（主要成分是铀238，U238）转化为可裂变的钚239（Pu239）。这个转化量，如果能大于消耗的燃料量，那它就实现了“增殖”——自己生产比自己消耗更多的燃料！
这就像一个永动机一样，极大地提高了铀资源的利用率。理论上，如果能实现有效的增殖，地球上储藏的铀238足够供人类使用数千年，甚至上万年，而且还能把核电站产生的核废料中的长寿命放射性元素也“烧掉”，大大缓解核废料处理的难题。
研究进展：坎坷中的前行
然而，实现这一目标的路途却异常坎坷。FBR的研究和开发可以说是一部充满了起伏和挑战的历史。
早期的热情与挑战： 自上世纪五六十年代起，世界各国就开始了FBR的研发热潮。美国、法国、英国、俄罗斯、日本等都在不同时期建造了实验堆或原型堆。早期的概念验证性工作取得了一定的成功，证明了FBR增殖和能量产生的可行性。例如，法国的“Phenix”反应堆曾运行多年，表现出色。
技术上的硬骨头： 但随之而来的是巨大的技术挑战。
快中子本身就难以控制： 快中子的平均能量很高，对材料的损伤也更大，需要使用特殊的耐辐照材料来制造堆芯和包壳。
冷却剂的抉择： 为了保持中子速度快，不能使用普通水作为冷却剂，因为它会慢化中子。常用的冷却剂是液态金属，如钠或铅。钠的传热性能好，但化学活性强，遇水或空气会剧烈反应，安全设计要求极高。铅的化学活性低，安全性更好，但熔点高，冷却剂循环系统需要加热保温。
增殖比的追求： 要实现“增殖”，反应堆需要产生足够多的新燃料，这涉及到复杂的堆芯设计和燃料循环管理。要达到“1以上”的增殖比（即每消耗一个燃料原子产生1个以上的新裂变燃料原子）并非易事，需要精确控制中子经济性。
乏燃料的后处理： 增殖堆产生的乏燃料中含有大量的钚，并且也需要复杂的后处理技术来分离钚和其他元素，以重新制备成燃料。这涉及到核扩散的敏感问题，也对技术和安全提出了极高要求。
事故与停滞： 历史上有几起FBR相关的事故，虽然多数没有造成严重的环境影响，但无疑给公众和决策者带来了担忧。比如，1995年日本文殊快中子增殖反应堆曾发生过钠泄漏事故，导致该堆长期停运并最终决定退役。2010年法国的“加速器驱动次临界系统”（ADS）研究项目也因成本等原因被取消。这些事件都给FBR的全球发展蒙上了一层阴影。
中国与俄罗斯的坚持： 在FBR发展陷入低潮时，中国和俄罗斯是少数几个仍在积极推进的国家。
中国： 咱们的“中国先进快堆”（CEFR）试验堆已经稳定运行多年，取得了重要的运行经验和研究成果。在此基础上，中国的“国家科技重大专项”将目标瞄准了“示范快堆”，并且正在积极推进建设。这标志着中国在FBR领域正稳步前进，从实验研究向商业化迈进的关键一步。
俄罗斯： 俄罗斯在FBR领域有着深厚的积累，其“BN600”和“BN800”商业快中子反应堆一直在运行，尤其是BN800，是目前世界上唯一仍在运行的商业规模快堆，为FBR的商业化运行提供了宝贵的实践经验。俄罗斯还在规划更大规模的“BN1200”反应堆。
商业堆建立和运行的时间表：谨慎的乐观
关于可靠的商业堆建立和运行的时间表，这方面的问题比较复杂，没有一个放之四海而皆准的答案，更多的是一种“谨慎的乐观”和“逐步推进”的节奏。
示范项目的意义： 要实现商业化，必先经过“示范堆”的建设和运行。示范堆的意义在于，它将在原型堆的基础上，进一步验证技术的成熟度、经济的可行性以及安全性的可靠性，并且要证明“增殖”这一核心技术的稳定表现。
中国示范快堆（CF3）： 中国的示范快堆预计在未来几年内（具体时间点仍在建设和调试中，但目标是本世纪二十年代中期）实现并网发电。如果运行顺利，这将为后续商业堆的建设积累关键数据和经验。
其他国家： 日本的“Monju”反应堆虽然因事故退役，但日本在研发新一代FBR技术，如“快燃堆”（SFR）的概念，也在探索中。一些国家则通过国际合作，例如与俄罗斯合作，来获取FBR的技术和经验。
商业化的关键节点： 从示范堆到商业堆，至少还需要考虑以下几个方面：
1. 经济性： FBR的建设成本通常比轻水堆高，尤其是初始投入。要实现商业化，其建造成本和运行成本必须能够与现有能源技术（包括传统的核电和新能源）竞争。这需要技术进步和规模化效应来降低成本。
2. 燃料循环的成熟： 实现闭合燃料循环（即能够高效地对乏燃料进行后处理，并重新制备成燃料）是FBR实现大规模应用的关键。这方面的技术仍在持续改进和完善中。
3. 公众接受度和政策支持： FBR作为一种先进但相对复杂的核能技术，需要赢得公众的信任和持续的政策支持。
4. 国际合作： FBR技术壁垒高，且涉及核不扩散等敏感问题，国际合作有助于分担风险、共享技术和资源。
时间表的展望：
短期（未来1015年）： 主要目标是成功建设并运行示范快堆，验证关键技术和经济性。例如中国的示范快堆，以及俄罗斯BN800的持续运行和BN1200的规划，都是这一阶段的重要体现。
中期（未来1530年）： 在示范堆成功的基础上，可能会开始建设第一批商业快堆。这期间，燃料循环技术将更加成熟，成本也可能有所下降。届时，我们可能会看到一些国家开始部署商业快堆。
长期（30年以上）： 如果一切顺利，FBR有望成为未来核能体系的重要组成部分，特别是在解决铀资源枯竭和核废料问题上发挥关键作用。
总结来说， 快中子增殖反应堆的研究一直在进展，但过程充满挑战。中国和俄罗斯是当前FBR发展的主要推动者。虽然还没有一个明确的、普遍适用的商业堆建立和运行时间表，但 未来十年到二十年是至关重要的时期，特别是中国示范快堆的建设和运行成果，将对FBR的未来发展方向和商业化进程产生决定性的影响。 这是一场漫长而艰巨的技术攻关，但其潜在的价值，尤其是在能源安全和环境保护方面，使得这项研究依然充满吸引力。我们正在一步步地接近那个“核能新纪元”的可能性。
快中子增殖反应堆：概念的魅力
首先，得弄清楚这“快中子增殖”到底是个什么意思。我们现在大部分运行的核电站用的都是“慢化”中子，中子速度慢下来后更容易引发铀235（U235）的链式反应，产生能量。但U235在地壳里的储量其实不多，迟早会用完。
而快中子反应堆，顾名思义，它使用“快”的中子来引发链式反应。这有什么好处呢？关键就在于“增殖”。在快中子反应堆里，除了U235被烧掉，它还能通过“捕获”快中子，将原本不能直接使用的贫铀（主要成分是铀238，U238）转化为可裂变的钚239（Pu239）。这个转化量，如果能大于消耗的燃料量，那它就实现了“增殖”——自己生产比自己消耗更多的燃料！
这就像一个永动机一样，极大地提高了铀资源的利用率。理论上，如果能实现有效的增殖，地球上储藏的铀238足够供人类使用数千年，甚至上万年，而且还能把核电站产生的核废料中的长寿命放射性元素也“烧掉”，大大缓解核废料处理的难题。
研究进展：坎坷中的前行
然而，实现这一目标的路途却异常坎坷。FBR的研究和开发可以说是一部充满了起伏和挑战的历史。
早期的热情与挑战： 自上世纪五六十年代起，世界各国就开始了FBR的研发热潮。美国、法国、英国、俄罗斯、日本等都在不同时期建造了实验堆或原型堆。早期的概念验证性工作取得了一定的成功，证明了FBR增殖和能量产生的可行性。例如，法国的“Phenix”反应堆曾运行多年，表现出色。
技术上的硬骨头： 但随之而来的是巨大的技术挑战。
快中子本身就难以控制： 快中子的平均能量很高，对材料的损伤也更大，需要使用特殊的耐辐照材料来制造堆芯和包壳。
冷却剂的抉择： 为了保持中子速度快，不能使用普通水作为冷却剂，因为它会慢化中子。常用的冷却剂是液态金属，如钠或铅。钠的传热性能好，但化学活性强，遇水或空气会剧烈反应，安全设计要求极高。铅的化学活性低，安全性更好，但熔点高，冷却剂循环系统需要加热保温。
增殖比的追求： 要实现“增殖”，反应堆需要产生足够多的新燃料，这涉及到复杂的堆芯设计和燃料循环管理。要达到“1以上”的增殖比（即每消耗一个燃料原子产生1个以上的新裂变燃料原子）并非易事，需要精确控制中子经济性。
乏燃料的后处理： 增殖堆产生的乏燃料中含有大量的钚，并且也需要复杂的后处理技术来分离钚和其他元素，以重新制备成燃料。这涉及到核扩散的敏感问题，也对技术和安全提出了极高要求。
事故与停滞： 历史上有几起FBR相关的事故，虽然多数没有造成严重的环境影响，但无疑给公众和决策者带来了担忧。比如，1995年日本文殊快中子增殖反应堆曾发生过钠泄漏事故，导致该堆长期停运并最终决定退役。2010年法国的“加速器驱动次临界系统”（ADS）研究项目也因成本等原因被取消。这些事件都给FBR的全球发展蒙上了一层阴影。
中国与俄罗斯的坚持： 在FBR发展陷入低潮时，中国和俄罗斯是少数几个仍在积极推进的国家。
中国： 咱们的“中国先进快堆”（CEFR）试验堆已经稳定运行多年，取得了重要的运行经验和研究成果。在此基础上，中国的“国家科技重大专项”将目标瞄准了“示范快堆”，并且正在积极推进建设。这标志着中国在FBR领域正稳步前进，从实验研究向商业化迈进的关键一步。
俄罗斯： 俄罗斯在FBR领域有着深厚的积累，其“BN600”和“BN800”商业快中子反应堆一直在运行，尤其是BN800，是目前世界上唯一仍在运行的商业规模快堆，为FBR的商业化运行提供了宝贵的实践经验。俄罗斯还在规划更大规模的“BN1200”反应堆。
商业堆建立和运行的时间表：谨慎的乐观
关于可靠的商业堆建立和运行的时间表，这方面的问题比较复杂，没有一个放之四海而皆准的答案，更多的是一种“谨慎的乐观”和“逐步推进”的节奏。
示范项目的意义： 要实现商业化，必先经过“示范堆”的建设和运行。示范堆的意义在于，它将在原型堆的基础上，进一步验证技术的成熟度、经济的可行性以及安全性的可靠性，并且要证明“增殖”这一核心技术的稳定表现。
中国示范快堆（CF3）： 中国的示范快堆预计在未来几年内（具体时间点仍在建设和调试中，但目标是本世纪二十年代中期）实现并网发电。如果运行顺利，这将为后续商业堆的建设积累关键数据和经验。
其他国家： 日本的“Monju”反应堆虽然因事故退役，但日本在研发新一代FBR技术，如“快燃堆”（SFR）的概念，也在探索中。一些国家则通过国际合作，例如与俄罗斯合作，来获取FBR的技术和经验。
商业化的关键节点： 从示范堆到商业堆，至少还需要考虑以下几个方面：
1. 经济性： FBR的建设成本通常比轻水堆高，尤其是初始投入。要实现商业化，其建造成本和运行成本必须能够与现有能源技术（包括传统的核电和新能源）竞争。这需要技术进步和规模化效应来降低成本。
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3. 公众接受度和政策支持： FBR作为一种先进但相对复杂的核能技术，需要赢得公众的信任和持续的政策支持。
4. 国际合作： FBR技术壁垒高，且涉及核不扩散等敏感问题，国际合作有助于分担风险、共享技术和资源。
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中期（未来1530年）： 在示范堆成功的基础上，可能会开始建设第一批商业快堆。这期间，燃料循环技术将更加成熟，成本也可能有所下降。届时，我们可能会看到一些国家开始部署商业快堆。
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总结来说， 快中子增殖反应堆的研究一直在进展，但过程充满挑战。中国和俄罗斯是当前FBR发展的主要推动者。虽然还没有一个明确的、普遍适用的商业堆建立和运行时间表，但 未来十年到二十年是至关重要的时期，特别是中国示范快堆的建设和运行成果，将对FBR的未来发展方向和商业化进程产生决定性的影响。 这是一场漫长而艰巨的技术攻关，但其潜在的价值，尤其是在能源安全和环境保护方面，使得这项研究依然充满吸引力。我们正在一步步地接近那个“核能新纪元”的可能性。
网友意见
有道是“杀头的买卖有人做，赔钱的买卖没人做。”快堆发展限于停滞的原因非常简单，在可预见的未来赚不到钱，更何况对快堆的安全性还没有那么放心。
快堆的功率密度大，冷却剂丧失、失流的事故后果和事故发展速度比热中子堆更严重，安全设施要更复杂，大大提高了核电站的建造成本。
快堆的初装料富集度高20%~30%，初装量大，需要大量浓缩铀和回收钚，一次投入非常大，核扩散风险也高。
快堆燃料循环是闭式循环，而无论是堆内已经实现的最大燃耗，还是高燃耗乏燃料的后处理技术，离实现经济的闭式燃料循环还有一定距离。
快堆不能用水作为冷却剂，必须采用气体或者液态金属钠或铅铋合金来冷却，气冷快堆体积大温度高，压力容器制造难度大；液态钠和铅铋合金的腐蚀性问题非常复杂，钠还有钠火反应和钠水反应的问题。而且这些冷却剂氦气、核级钠、铅铋合金的价格也远非纯水所能比较的。
目前的铀价格非常便宜，后处理成本又高，轻水堆的一次通过循环经济性很好，自然就轮不到快堆来了。
示范快堆当中运行得最好的是俄罗斯的BN600，有接近压水堆的容量因子，但是这个反应堆用的是浓缩铀燃料而非MOX（钚的缓发中子份额小，难度更大），而且几乎不是增殖反应堆（增殖系数约等于1）。后继的使用MOX燃料的BN800刚刚临界一年，具体的运行情况还不清楚，国内有意向引进BN800。
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