核反应堆

启动、控制核裂变或核聚变链式反应的装置
核反应堆(英语:nuclear reactor),用于一种启动和控制裂变核链式反应或核聚变反应的装置。[1][7]相对于核武爆炸瞬间所发生的失控链式反应,在反应堆之中,核变的速率可以得到精确的控制,其能量能够以较慢的速度向外释放,供人们利用。[1][8]核反应堆可用于发电和核动力,来自核裂变的热量被传递到工作流体(水或气体),而工作流体又通过蒸汽轮机,它们要么驱动船舶的螺旋桨,要么转动发电机的轴。核电产生的蒸汽原则上可用于工业过程加热或区域供热,一些反应堆用于生产医疗和工业用同位素,或用于生产武器级[][1][9]
核反应堆由堆芯、冷却剂、慢化剂、反射层、控制与保护系统、反应堆压力容器、屏蔽系统和辐射监测系统等组成。[10]按反应堆的发展来划分,可将核反应堆分为四代。[11]第一代为原型堆,其目的在于验证核电设计技术和商业开发前景;第二代为技术成熟的商业堆,目前在运的核电站绝大部分属于二代堆;第三代为符合URD或EUR文件要求的核电站,其安全性和经济性均较第二代有所提高,属于未来发展的主要方向之一;第四代反应堆强化了防止核扩散等方面的要求,目前处在原型堆技术研发阶段。[11]根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型结构形式的反应堆。[10]国际原子能机构(IAEA)确定了六种重点研发堆型分别为:水冷反应堆、气冷反应堆、快堆、熔盐反应堆、小型模块化反应堆。[12]
自20世纪50年代以来,裂变反应堆的相关技术早已成熟,但对于聚变反应堆的开发至今仍处于探索阶段。[13][14][15]2000年1月,在美国能源部的倡议下,美国、英国瑞士南非日本法国加拿大、巴西、韩国阿根廷等十个国家联合组成了“第四代国际核能论坛”(GIF),并于2001年7月签署合约共同合作研究开发第四代核能技术。[11][16]截至2023年,30个国家的400多座此类反应堆提供了全世界约11%的电力。[12]

工作原理