液体冷却剂

核化学术语

液体冷却剂，又称液体载热剂，是使用形态为液体的冷却剂。冷却剂是一种流过或环绕某个系统来防止该系统过热的流体，它通过将该系统产生的热量传导到其他的系统来使用或消耗热量。常用的有轻水、重水和液态金属钠。词条分别介绍了轻水、重水以及液态钠作为液体冷却剂的详细情况。

简介

冷却剂是一种流过或环绕某个系统来防止该系统过热的流体。它通过将该系统产生的热量传导到其他的系统来使用或消耗热量。理想的冷却剂具有高热容量，低黏度，廉价，无毒，化学惰性，既无腐蚀性又不促进腐蚀。某些冷却剂的应用还要求其绝缘。

冷却剂又称载热剂。其作用是将反应堆内因核裂变产生的热量导出堆外，在均匀堆中还兼作流体燃料的载体。液体冷却剂是指使用形态为液体的冷却剂。常用的有轻水、重水和液态金属钠。

轻水

相对分子质量为1的H原子和相对分子质量为16的O原子构成的水。其相对分子质量为18。另外，还有相对分子质量为20，22等的水。在中学化学阶段，称为轻水。

世界上水最宝贵的。人离不开水，核反应堆也是如此。水是使核反应堆中产生的中子减速的最好材料之一。

“轻水”

用重水即氧化氘（D2O）作为慢化剂的核反应堆被称为重水反应堆，或简称为重水堆。现在的反应堆几乎都利用热中子，因此慢化剂是反应堆不可缺少的组成部分。慢化剂与中子碰撞减少中子的数量的话，便失去了意义。所以，重水是非常优异的慢化剂，它与石墨并列是最常用的慢化剂。

用轻水作为慢化剂和冷却剂的核反应堆被称为轻水反应堆，包括沸腾水堆和加压水堆轻水也就是一般的水，广泛地被用于反应堆的慢化剂和冷却剂。轻水冷却剂轻水冷却剂堆芯中的燃料：反应堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂变材料。自然界天然存在的易于裂变的材料只有U-235，它在天然铀中的含量仅有0.711%，另外两种同位素U-238和U-234各占99.238%和0.0058%，后两种均不易裂变。与重水相比，轻水有廉价的长处，此外其减速效率也很高沸腾水堆的特点是将水蒸汽不经过热交换器直接送到气轮机，从而防止了热效率的低下，加压水堆则用高压抑制沸腾，对轻水一般加100至160个大气压，从而热交换器把一次冷却系（取出堆芯产生的热）和二次冷却系（发生送往涡轮机的蒸汽）完全隔离开来。

重水

重水（或称氘代水，化学式D2O或者H2O）是水的一种，它的摩尔质量比一般水要重。普通的水（H2O）是由两个只具有质子的氢原子和一个氧16原子所组成，但在重水分子内的两个氢同位素氘，比一般氢原子有各多一个中子，因此造成重水分子的质量比一般水要重。地球上的水大约有 3,200分之一是半重水（HDO）。

由于普通水和重水都是由相同数量的氢和氧原子组成，两者的化学反应皆会接近相同。但在物理上，重水的凝固点（即固态水的熔点）和沸点比普通水稍高，在一个大气压力下，重水的凝固点是摄氏3.82度，沸点是摄氏101.4度，密度为1.1056g/cm。

有另一种重水称为半重水，HDO，它只有一个氢原子是多一个中子的重氢。一般的半重水都并不纯正，通常是50%HDO，25%的H2O 及 25%的D2O。除了由重氢组成的重水分子外，还有一种由重氧原子（氧17或氧18）组成的重水分子，称为“重氧水”。由于分离出重氧水分子的难度较高，因此提炼纯正重氧水的成本会比重氢水为高。

重水冷却剂，用重水即氧化氘作为慢化剂的核反应堆被称为重水反应堆，或简称为重水堆现在的反应堆几乎都利用热中子。

用重水即氧化氘作为慢化剂的核反应堆被称为重水反应堆，或简称为重水堆现在的反应堆几乎都利用热中子，因此慢化剂是反应堆不可缺少的组成部分慢化剂与中子碰撞使中子亦即减少中子的数量的话，便失去了意义。所以，重水是非常优异的慢化剂，它与石墨并列是最常用的慢化剂。

用重水作慢化剂的热中子反应堆。可以用重水、普通水、二氧化碳和有机物作冷却剂。重水的热中子吸收截面很小，可以采用天然铀燃料。铀燃料的利用率高于轻水堆，烧过的燃料的235U含量仅为0.13%，乏燃料不必进行后处理。这种堆可以作为生产堆、动力堆和研究堆使用。堆内中子经济性好，可生产氚和发展成为先进的转化堆。堆内重水装载量大，反应堆造价较高。

地球上的水大约有 3,200分之一是半重水（HDO）。半重水可以透过电解及蒸馏，或以化学方法从普通水中提炼出来。可以使用化学方法，是因为氘及普通氢原子由于质量稍为不同，所以化学反应的速度有异。当水中的半重水到了相当的浓度，重水便会因为水分子之间交换氢原子而慢慢出现。要从半重水再提炼纯正的重水亦可使用电解、蒸馏及化学方法。但是电解及蒸馏所需要的能量会非常巨大，因此一般这一步只会使用化学方法。

液态金属钠

钠是一种金属元素，在周期表中位于第3周期、第IA族，是碱金属元素的代表，质地柔软，能与水反应生成氢氧化钠，放出氢气，化学性质较活泼。钠元素以盐的形式广泛的分布于陆地和海洋中，钠也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。

钾钠合金（液态）是核反应堆导热剂。钠单质还具有良好的延展性，硬度也低，能够溶于汞和液态氨，溶于液氨形成蓝色溶液。在-20℃时变硬。

液态钠熔点较低（98℃），热导率高，但有一定腐蚀性，能使回路管道因质量迁移而堵塞。此外，钠吸收中子后会产生强放射性24Na，而且钠很活泼，遇水即爆炸，故在设计热交换器时要特别注意。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），特殊用途金属材料（三级学科），裂变堆及聚变堆材料（四级学科）

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