核反应堆冷却剂
| 冷却剂 | 熔点 | 沸点 |
|---|---|---|
| 在154巴的重水 | 345 °C | |
| 钠钾合金(NaK) | -11 °C | 785 °C |
| 钠 | 97.72 °C | 883 °C |
| FLiNaK | 454 °C | 1570 °C |
| 氟锂铍(FLiBe) | 459 °C | 1430 °C |
| 铅 | 327.46 °C | 1749 °C |
| 铅铋合金 | 123.5 °C | 1670 °C |
核反应堆冷却剂是把热从反应堆堆芯转移至发电机与自然环境的冷却剂。核电厂通常使用由两个冷却剂回路组成的糸统，因为主冷却剂回路带有来自反应堆的短期放射性。
水
目前大部分运行的核电厂采用轻水堆，使用在高压下的普通水作为冷却剂和中子慢化剂。三分之一的核电厂采用沸水堆，冷却剂在反应堆内经历相变，从液态水转换成蒸汽。三分之二的核电厂采用压水堆，水在高压下并不会沸腾。目前运行的核电厂维持在临界点下(大约374°C，218巴)，气体与液体的差异会消失，会限制它的热效率。但提倡的超临界水反应堆将在这一点之上运行。 重水堆使用重水(一氧化二氘，氢的同位素)，它和普通水的性质完全相同，但中子捕获更少，从而可以进行更彻底的慢化。
缺点
泄漏氚
在冷却水中的氢原子被中子轰击，有些吸收中子，成为氘，有些成为具放射性的氚。被氚所污染的水有时会因意外或官方批准下泄漏或排放至地下水。[1]
停电期间的氢气爆炸
燃料棒产生高温使水沸腾，转换为蒸汽。灾难期间停电时，可产生电力为水泵提供应急电源的柴油发电机被海啸或地震所损坏，如果没有新的水被泵进燃料棒，燃料棒会持续升温。一但燃料棒的温度达到1200°C，包裹核燃料的锆管与水蒸气发生化学反应，氢气从水中分离出来。氢气可从反应堆和压力槽中不断释出。如果氢气持续累积，浓度达到4%或更多时，氢气便可以爆炸，氢气爆炸发生在福岛第一核电站第1，3，4号反应堆，2号反应堆打开了排气口，把放射性氢气排出，减低氢气的压力，但放射性氢气污染了环境，因此2号反应堆并没有发生氢气爆炸。[2]
硼酸水
压水堆日常运行期间，硼酸水被用作冷却剂，亦在沸水堆和压水堆的紧急炉心冷却系统中被充当冷却剂。[3][4][5]
优点
硼，通常以硼酸或硼酸钠的形式，与水结合，一种便宜、丰富的资源，作为冷却剂把热从反应堆堆芯带走并移至第二冷却回路。[6]蒸汽产生器是第二冷却回路的一部分，用于产生蒸汽，推动涡轮机并发电。硼酸水有额外的优点，它是一种中子毒物，有着大的中子吸收截面，吸收过量的中子以控制核分裂的反应速率。因此，反应堆的反应性可由调整冷却剂中硼的浓度来进行控制，藉把更多的硼酸溶在冷却剂中，硼的浓度提升，反应堆的反应性下降。相反地，通过添加更多的水，硼的浓度下降，反应堆的反应性上降。[7]
缺点
压水堆冷却剂中大约90%的氚是由硼-10与中子反应产生的。基于氚是氢的放射性同位素，带有放射性，冷却剂被放射性同位素所污染，必须要防止其泄漏到环境中。此外，对于更长的核反应堆运行周期，必须考虑这种影响，因此要求冷却剂中硼的初始浓度较高。[7]
熔融金属
快堆有着高的能量密度，不需要且要避免中子慢化。大部分的液态金属快堆采用熔化的钠。铅，铅铋合金与其他金属也被提倡或偶尔使用。在第一座快中子反应堆使用了汞。
融盐
融盐与金属具有即使在高温下也具有低蒸气压的优点，并且化学反应性低于钠。盐包含一些轻的元素，如氟锂铍(FLiBe)也能提供慢化的功能。在融盐反应堆实验中，它甚至充当了携带核燃料的溶剂。
气体
气体也可以作为冷却剂。氦在化学性质和核反应上极其惰性，但是它的比热容十分低，携带能量的效率较低。
碳氢化合物
有机核反应堆是研究的早期概念，使用碳氢化合物作为冷却剂。但尚未成功。
参考文献
- ^ Plant Sites with Licensed Radioactive Material in Groundwater. NRC Web. [2022-02-04]. （原始内容存档于2021-06-12）.
- ^ Biello, David. Partial Meltdowns Led to Hydrogen Explosions at Fukushima Nuclear Power Plant. Scientific American. [2022-02-04]. （原始内容存档于2022-04-12） （英语）.
- ^ Pressurized Water Reactor Systems (PDF). USNRC Technical Training Center. [March 12, 2019]. （原始内容 (PDF)存档于2022-02-16）.
- ^ Aaltonen1, Hanninen2, P.1, H.2. Water Chemistry and Behavior of Materials in PWRs and BWRs (PDF). VTT Manufacturing Technology. [March 12, 2019]. （原始内容 (PDF)存档于2021-08-14）.
- ^ Buongiorno, Jacopo. Nuclear Safety (PDF). MIT OpenCourseWare. [March 12, 2019]. （原始内容 (PDF)存档于2020-11-12）.
- ^ Borated Water (PDF). Columbus Chemical Industries. [March 12, 2019]. （原始内容 (PDF)存档于2021-08-14）.
- ^ 7.0 7.1 Monterrosa, Anthony. Boron Use and Control in PWRs and FHRs (PDF). Department of Nuclear Engineering, University of California, Berkeley. May 5, 2012 [March 12, 2019]. （原始内容 (PDF)存档于2022-02-04）.
外部链接
