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术语表 · 核电

燃耗

单位初始重金属质量的核燃料释放的热能,通常以每吨重金属吉瓦日(GWd/tHM)表示。

燃耗衡量燃料被利用的程度。它把燃料消耗和能量输出联系起来,决定燃料循环成本和乏燃料数量。

燃耗 (GWd/tHM) = 热功率 (GW) × 在堆天数 / 初始重金属质量 (t)

1 t 重金属完全裂变约释放 940–950 GWd,所以 50 GWd/t 的燃耗相当于约 5% 的重金属原子发生了裂变(FIMA)。

典型卸料燃耗:

  • 1970 年代初期的轻水堆:20–30 GWd/t
  • 现代 PWR 和 BWR:45–55 GWd/t,美国对单棒峰值燃耗限制在约 62 GWd/t
  • CANDU 天然铀反应堆:约 7–8 GWd/t
  • 高温气冷堆:80–100+ GWd/t;快堆超过 100 GWd/t

燃耗越高需要越高的浓缩度,经验上每 10 GWd/t 约需 1% 的 U-235,但每单位电量卸出的燃料组件更少。一座效率 33%、燃耗 50 GWd/t 的 1 GWe PWR,每年约消耗 22 t 燃料。限制因素来自包壳腐蚀、裂变气体释放和芯块肿胀;美国核电业界正在申请用耐事故燃料和 5% 以上浓缩度实现 75–80 GWd/t。

相关术语

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  • 乏燃料

    在反应堆中使用后卸出的燃料组件,放射性极强、余热很高,含有铀、钚、裂变产物和次锕系元素。

  • 铀浓缩

    把铀中易裂变的 U-235 比例从天然的 0.711% 提高,用于制造反应堆燃料,浓缩度极高时可用于武器。

  • 核裂变

    铀-235 或钚-239 等重原子核吸收一个中子后分裂成较轻的原子核,释放约 200 MeV 能量和更多中子。

  • 压水堆(PWR)

    最常见的核反应堆类型,高压水冷却堆芯而不沸腾,并把热量传给独立的蒸汽回路。

  • 钍燃料循环

    利用可转换的钍-232 吸收中子后衰变成易裂变的铀-233,作为铀–钚燃料替代方案的核燃料循环。