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    在燃鈾熱中子反應堆中，所耗掉的大部分為鈾一235，只有一小部分是鈾一238。一般而言，在反應堆中被耗掉的不到最初用于制造燃料的天然鈾重量的百分之一。然而，如果鈾一238的原子核轉換成钚，它就能提供和鈾一235原子核一樣多的能量。甚至在最初的反應堆設計中，工程師和物理學家就關注過更好地利用被認為資源有限的原材料。這個目標可以在快中子反應堆中得以實現。

    在這種反應堆中，目標是激勵鈾一238俘獲中子。矛盾的是，因降低鈾一238份額(相對慢中子反應堆所含分額而言)

將使該目標受到影響。這種降低是必須的，因為要維持鏈式反應，就要求易裂變材料的濃縮度更高：在“超鳳凰”(Super—phenix)反應堆堆芯的活性區內，約15％氧化钚，對應85％氧化鈾(鈾一238)。在這種情況下，低濃縮燃料所要求的中子慢

化劑已不再需要，相反，為促進鈾一238俘獲中子并轉換為钚，必須避免中子的慢化。為促進俘獲和轉換為钚，發生裂變的中央堆芯用鈾一  238轉換層包圍起來，以便能夠吸收逸出堆芯的中子。這種反應堆的依靠高能中子運行，中子速度比慢中子反應堆迅速。這就是把它們稱為快中子堆的緣故。由于鈾一238可以轉換為钚，所以還把它們稱為增殖堆。

    人們稱之為“增殖堆”的另一意義是，它能用鈾一238生產钚。每次钚一239原子核裂變，可放出三個中子。其中一個中子去分裂另一個钚原子核，以維持鏈式反應。第二個中子被鈾一238俘獲，取代起初被耗掉的钚原子核，從而使反應堆增殖新的钚。盡管第三個中子有時被結構材料俘獲而損失，但偶爾也被第二個鈾一238核所吸收，這樣，產生的钚比耗掉的就略有增加，即獲得增殖增益。

    對快中子的需求，立即會得出如何對快堆冷卻劑的選擇時：輕水、重水和有機流體都不適用。盡管氦冷增殖堆的設計已有方案，但還沒有一個付諸建造。目前投入運行的所有快中子增殖堆均用液態金屬鈉作為冷卻劑。鈉的選用出于其熱性能的考慮：它在96℃時溶化，常壓下約900度時沸騰，不侵蝕鋼材，是良好的熱導體。因此，只要有足以保證循環的壓力，就可在500℃時利用鈉。這種突出優點是其它堆型所不具有的。但是，鈉與水發生反應可以產生氫及碳酸鈉，并在空氣中有可燃性。對此，必須采取特殊的設計預防措施。

    雖然鈉在流經堆芯時只吸收少量中子，但仍具有很強的放射性，要求消除鈉一水反應的所有風險，這種反應所形成的產物還能損壞燃料。為此，所有快中子增殖堆都設有一回路鈉系統，由它帶出堆芯熱量，傳輸給同樣充滿鈉的二回路系統。這樣，即使發生二回路系統向一回路系統的泄漏(由于相對壓力，不可能發生反向泄漏，也不致于發生兩種流體間的化學反應。

    這些系統有兩種設計結構。第一種與壓水堆傳熱系統很相似。冷卻劑環路連接到包含堆芯的充鈉反應堆容器上。每一條環路都設一臺泵和一臺向二回路鈉系統傳輸熱量的熱交換器。二回路鈉系統延伸到安全殼結構之外，為加熱沸騰蒸汽發生器中的水提供熱量。

這種結構已被許多國家所采用。在美國，有三座現已停運的反應堆，即位于阿科(Arco)的EBR一1，底特律附近的恩利科·費米堆(EnricoFermi)和費耶特維爾(Fayetteville)的西南氧化物燃料實驗快堆(Sefor)。還有1980年在漢福特運行的快通量試驗裝置(FFTF)及已放棄的克林奇河(ClinchRiver)項目。在蘇聯，有位于奧布寧斯克的BR5，麥列凱斯的BOR60，謝夫契柯(Shevchenko)的BN350。在英國，有位于唐瑞(Dounreay)的唐瑞快堆。在德國，有緊湊式卡爾斯魯厄鈉冷卻裝置試驗堆和不久將試運行的SNR300堆。在日本，有近期開建的文殊(Monju)反應堆項目。在法國，有首座快中子增殖堆“狂想曲"(Rapsodie，又譯拉普索迪)。

圖：法國“超鳳凰”堆廠房：這個1200兆瓦的快中于增殖堆位于羅納河(Rhon River)畔的克霄斯馬維爾(CreysMalville)。混凝土反應堆廠房作臨時開孔，用于運入主要設備：主容器和安全容器、燃料貯存容器、頂蓋平板、內部安全殼穹頂。圖中前方所看到的金屬穹頂將被置于頂蓋平板上。

另一種結構為池式反應堆設計；一個大型反應堆容器包容著堆芯、主泵和中間鈉一鈉熱交換器。在這種類型的反應堆中，如法國的“鳳凰”(Phenix)和“超鳳凰”堆，一回路鈉不離開反應堆容器，它從底部由主泵唧送穿過燃料組件，在545℃時從頂部流出，然后被導人中間熱交換器。在“超鳳凰”堆的設計中，四臺主泵中的每一臺都相應裝有兩臺熱交換器。所有這些設備均被懸掛在反應堆頂蓋上，即3米厚的鋼和混凝土平板上。反應堆容器本身為直徑22米、高10米的不銹鋼結構，被包圍在壁厚為35—50毫米的二次安全容器中。反應堆頂蓋被鋼制穹頂覆蓋，整個組件置于混凝土安全殼結構之內。

圖：快中子增殖堆：剖面圖。

二回路鈉或稱中間鈉，在反應堆容器內的熱交換器中被加熱，由安裝在安全殼內的四臺二回路泵使之循環，流經管道，進入毗鄰安全殼的四個建筑物中的蒸汽發生器。蒸汽發生器由螺旋管構成，管內載有來自發電系統的水，管壁浸沒在來自中間系統的鈉中。此處是電廠中唯一由單層壁隔開鈉和水的地方。為此，應用了縱深防御原則。首先是監測，即對熱交換器中鈉的氮氣覆蓋層樣品連續進行含氫量分析。其次是事故響應，假如探測到泄漏，水系統可被隔離修復；若漏量很大，如管子斷裂，則可通過操縱員手動或通過增加鈉系統壓力的方式自動將鈉迅速排出。鈉／氧化鈉／蒸汽／氫混合物在沉降箱中沉積之后，氫可以被惰性氣流夾帶，并在過濾掉氧化鈉煙霧之后被導人燃燒室燃燒。蘇聯的謝夫契柯反應堆，于1973年發生了嚴重事故，導致電廠長期停運。1982年“鳳凰”(Phenix)堆發生了輕度事故，需要修理有關的設備。

與回路式結構相比，池式結構似乎更適合于較高功率容量。它已被法國采納用于233兆瓦的“鳳凰”電廠，克雷斯馬維爾(Creys-Malville)的1200兆瓦“超鳳凰"(Superphenix)堆，以及計劃中的1500’兆瓦后續項目。采用池式結構的還有：英國254兆瓦的唐瑞(Dounreay)原型快中子反應堆(PFR)，日本的小型常陽(Joyo)堆，蘇聯550兆瓦的別洛雅爾斯克(Be1oyarsk)堆。

圖：法國“鳳凰”反應堆的頂板：這是位于馬庫爾（Marcoule）的233兆瓦快中子增殖堆。即使在反應堆運行期間，依然可以接近混凝頂蓋板。背景所示為穿過頂蓋板垂直移動燃料組件的裝卸設備。