气冷堆
气冷堆
是指用石墨慢化、二氧化碳或氦气冷却的反应堆。用二氧化碳冷却的石墨气冷堆，曾在核电站的发展中占领先地位，但很快就让位于轻水堆，并将逐渐退出反应堆的历史舞台。目前关于气冷堆的研究，越来越集中在用氦气冷却的高温气冷堆上。然而高温气冷堆技术上比较复杂，造价高，一时还难以推广。但它的突出优点仍然吸引着人们去探索。
利用气体作冷却剂来传送反应堆内热量的一种核反应堆堆型。迄今世界上典型的气冷堆是使用石墨作慢化剂的石墨气冷堆。它经历了3个发展阶段,产生了天然铀气冷堆、改进型气冷堆和高温气冷堆3种。
天然铀气冷堆 原称镁诺克斯堆。以金属天然铀为燃料，二氧化碳为冷却剂。它的堆心由精纯的石墨块堆砌而成。在石墨砌体中有许多装有棒状燃料元件的通道，以便加压的冷却剂流过，将堆内的热量带出。为了改善传热，燃料元件包壳上带有许多肋片。从堆心出来的热气体在蒸汽发生器中将热量传给二回路内的水以产生蒸汽，然后借助于循环风机将二氧化碳冷却剂压送回堆心。整个堆心包容在一个钢制或预应力混凝土的压力壳内。第一座天然铀气冷堆电站是1956年开始运行的英国卡德蒙尔核电站。这种堆型的最大优点是采用价廉易得的天然铀；缺点是功率密度低，堆心体积大，造价高，同时受金属铀和镁合金许用温度的限制而使冷却剂的出口温度只能达到400℃左右。因而所产生的蒸汽参数较低,核电站的热效率仅为30％左右。因此，在60年代末便不再建造此种堆了。
改进型气冷堆 (AGR) 为了提高冷却剂的堆心出口温度和蒸汽发生器传热效率，从而提高二回路的蒸汽参数和热效率，将燃料元件的包壳改用不锈钢，燃料改用二氧化铀。由于采用这些材料会使堆内的有害中子吸收增大,因此需将二氧化铀中的丰度提高到2～3％,即使用低浓铀燃料。其堆心结构与天然铀气冷堆类似，但蒸汽发生器布置在反应堆四周并一起包容在预应力混凝土压力壳内。二氧化碳冷却剂的堆心出口温度为 650℃左右。英国自1965年起已建造了14座改进型气冷堆，装机容量8658MWe。
高温气冷堆 一种新型的先进气冷堆。它采用陶瓷型涂敷颗粒燃料。即在直径为 200～400的氧化铀或碳化铀心的外面涂敷2～3层的热解炭和碳化硅，然后将此近于 1mm的燃料颗粒弥散在石墨基体中压制成燃料元件。同时采用传热性好的惰性气体氦作为冷却剂以替代二氧化碳。这样，高温气冷堆的冷却剂出口温度可提高到750℃以上，并具有以下3个突出的优点：①具有良好的固有安全性。此种堆心热容量大并具有较大的负反应性温度系数。因此，当发生事故时会自动停堆，温升缓慢，不可能发生堆心熔化。同时，氦不活化，在运行和维修时放射性低。②燃料循环灵活。核燃料转换比高和燃料的燃耗深。高温气冷堆不仅可以使用高浓铀＋钍燃料，也可使用低浓铀燃料。燃料的燃耗深度可达10万兆瓦/比。因此燃料的经济性好,燃料成本低。③当前可以采用高郊率的常规发电机组(电站热效率达40％)生产电力和工业用蒸汽（供石油化工企业和重质稠油开采用），今后可使用燃气轮机进一步提高热效率，并利用高温工艺热进行煤的气化油页岩提取和裂解水制氢等。