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气冷快中子增殖反应堆

以快中子引起易裂变核铀-235或钚-239等裂变链式反应

气冷快中子增殖反应堆是一种以快中子引起易裂变核铀-235或钚-239等裂变链式反应，以氦气作为冷却剂的堆型。运行时一方面消耗裂变燃料（铀-235或钚-239等），同时又生产出裂变燃料(钚-239等)，而且产大于耗，真正消耗的是在热中子反应堆中不大能利用的、且在天然铀中占99.2%以上的铀-238,铀-238吸收中子后变成钚-239。在快堆中，裂变燃料越烧越多，得到了增殖，故快堆的全名为快中子增殖反应堆。快堆是当今唯一现实的增殖堆型。

核燃料中包含两种成分，一种是如铀-235、钸-239等容易产生分裂的同位素，称为“可裂变物质”，另一种是如铀-238等的，捕捉到一个中子后可以转变为相对应的可裂变物质，因此称为“增殖性材料”，如铀-238可转变为钸-239，钍-232可转变为铀-233。
反应原理
核燃料进行裂变反应时，每次的裂变会产生2到3个中子，如果反应堆没有使用缓和剂（减速剂），则大部分的核裂变都将由快中子所诱发，这类的反应堆就称为快中子反应堆。快中子有的会逃出核心、被其它材料吸收或被燃料本身吸收，若能有至少一个中子能再诱发分裂，核反应就能持续下去。而在反应堆中，可裂变物质一方面因耗分裂而消耗，另一方面却因增殖性材料捕获中子变为可裂变物质而增加，若增加的速度快过消耗的速度，这种反应堆就称为增值反应堆。
增殖性材料可由高速中子诱发分裂，但低速中子和热中子则不行，另外增殖性材料分裂后产生的高速中子，容易与原子核发生非弹性碰撞而使能量降低到不足以诱发其它分裂，因此燃料里仍然需要足够的可裂变物质，故气冷快中子增殖反应堆的可裂变物质浓度较一般商用反应堆要高。反应堆要达到增值的目的，一方面必须有效利用中子，由于快中子反应堆的中子泄逸比例较大，因此多在反应堆外围包上一层由增殖性材料组成的围包（blanker），以捕获由核心泄逸出来的中子。
另一方面，需尽量增加每个中子诱发分裂而释放出来的中子数（称为η值），理论上至少要达到2，若中子没有消耗，则其中一个用于诱发下一个核分裂，另一个则被增殖性材料吸收，这样可裂变物质增加的速度才能刚好等于消耗速度，由此可知增值反应堆的η值必须大于2。以铀-235、钚-239和铀-233等做为可裂变物质的η值，在快中子反应堆中分别为2.10、2.45和2.31，且铀-238也是含量最多的铀同位素，故以钚-239为可裂变物质，以铀-238为增殖性材料的，用做快增值反应堆的潜力最大。
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