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主题:聚变PK裂变 -- tojinge

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家园 伽玛射线的来源是铀232的衰变子体

钍232不能裂变,需要吸收中子转化为钍233,经两次β衰变后变为易裂变的铀233,但铀233的(n,2n)反应会生成铀232,铀232的衰变过程的某些产物(比如铊208,释放的2.6MeV的高能伽玛射线)具有极高能量的伽玛射线,穿透性强难以防护,所以传统意义的后处理和元件再制造严重依赖于远程操作(由于辐射对电子设备的破坏性,核工业的远程操作成本高的很),熔盐堆的优势就是在线后处理,直接把铀从熔盐体系中萃取出来。

补充一下:核裂变过程本身就是强辐射的,αβγ中子全有,核反应开始没有谁会暴露在堆芯的核辐射下面找死,除了切尔诺贝利的“生物机器人”们。乏燃料都是在水池的屏蔽下进行装卸,冷却若干年之后才会拖到热室处理。

但是还有一个问题就是镤233(钍233第一次β衰变产物)半衰期长达27天多,需要把它也分离出来,保证堆芯中子性能和更好的燃料经济性——这个比铀要难,铀只要把四氟化铀转化为六氟化铀就可以很容易分离,镤的氟化物只能用熔融的铋来萃取。

另外熔盐体系主要是锂、铍、铀、钍的氟化物,用钠的比较少(钠中子性能差,锂铍可以当慢化剂还可以作为中子来源),但是锂铍很贵。

从减少放射性废物的角度来说,熔盐堆很有优势,可以把裂变产物和锕系废物留在熔盐中——不过中子经济性可能会有所损失。

熔盐堆的慢化剂选择熔盐本身和石墨,麻烦就是热交换器,所有非水冷堆的问题都类似,发电的工质如果用水,热交换器的可靠性就是灾难所在(水进入一回路是大麻烦,无论是气冷、钠冷还是熔盐),再增加一回路又意味着成本上升。

钍铀循环体系的优点是可以在热中子谱实现核燃料增殖或者核燃料自持(转化=消耗),不需要铀-钚循环麻烦的快堆设计(在快中子堆中,铀238具有比钍更高的增殖比)。所以在现有反应堆中使用钍的诱惑比全新开发一款堆型更大,ACEL的CANDU有这方面的趋势,某些压水堆(毛子的VVER)也在谋求使用钍减少铀资源消耗。主要麻烦就是后处理体系,除了铀232子体的γ辐射带来的问题外,还有钍氧化物化学稳定性太好的问题——这对一次通过循环是好事,对后处理就是麻烦了。另外一个次要一点的则是堆芯和燃料元件设计——钍必须在反应堆烧更长的时间以达到更高的燃耗才是经济的——这意味着高的铀233转化利用率,而启动核燃料转化的低浓铀元件的燃耗要低得多。

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