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气冷快中子反应堆
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气冷式快中子反应堆（英语：Gas-cooled fast reactor），是一种研究中的快中子反应堆，属于第四代反应堆。这种反应堆使用增殖性材料，并以氦气或二氧化碳等气体做为冷却用。具有快中子谱和闭式燃料循环，可有效转化可转换铀并管理锕系元素。
参考反应堆设计为氦冷系统，出口温度为 850°C (1,560°F)，使用直接布雷顿循环 闭式循环燃气涡轮机，热效率高。正在考虑几种燃料形式，因为它们有可能在极高温度下运作并确保出色地保留裂变产物：复合陶瓷燃料、先进燃料颗粒或锕系元素化合物的陶瓷包覆元件。正在考虑基于针状或板状燃料组件或棱柱形块的核心配置，与传统燃料组件相比，这种配置可以实现更好的冷却剂循环。
这些反应堆旨在用于核电厂发电，同时生产（增殖）新的核燃料。
反应堆设计
气冷快中子反应堆最初设计时主要为增殖反应堆。这是因为当时人们认为现有反应堆的铀燃料即将出现短缺。铀价上涨的预期并未实现，但如果未来铀需求增加，人们可能会重新燃起对快堆的兴趣。
GFR 的基本设计是一种快中子反应堆，但在其他方面类似于高温气冷反应堆 (HTGR)。它与高温气冷反应堆 (HTGR) 设计的区别在于，其核心含有更高的可裂变燃料，以及一个不可裂变的增殖组件。由于炼式反应由快中子维持，因此无需中子慢化剂。由于可裂变燃料含量较高，此设计的功率密度也高于高温气冷反应堆 (HTGR)。
燃料
在GFR反应堆设计中，机组依靠快中子运作；无需慢化剂来减慢中子速度。这意味着，除了铀等核燃料外，还可以使用其他燃料。最常见的是钍，它吸收快中子并衰变为铀233。这意味着GFR设计具有增殖特性—它们可以使用不适合轻水反应堆设计的燃料并进行增殖。由于这些特性，一旦将初始燃料装入反应堆，机组可以数年无需燃料（有时甚至超过20年）。如果将这些反应堆用于增殖，则将燃料取出并分离生成的燃料以备将来使用是经济的。
冷却液
所用气体种类繁多，包括二氧化碳或氦气。它必须由中子捕获 截面较低的元素组成，以防止正空泡系数和诱发放射性。使用气体还可以消除相变引发爆炸的可能性，例如水冷反应堆（压水反应堆,PWR)或沸水反应堆 ( BWR )）中的水在过热或减压时会闪蒸成蒸汽。使用气体还能实现比其他冷却剂更高的工作温度，提高热效率，并允许能量的其他非机械应用，例如生产氢燃料。
研究历史
过去的试验和示范计划均采用了石墨慢化剂的热堆设计。因此，真正的气冷快堆设计从未达到临界状态。尚未克服的主要挑战是堆内结构材料（包括核心和堆外结构材料）必须能够承受快中子损伤和高温（高达 1,600 °C [2,910 °F]）。另一个问题是低氦压下的热惯性低和散热能力差，尽管这些问题与已建成的热堆相同。彼得‧福特斯丘在通用原子公司任职期间，曾担任高温气冷堆(HTGR) 和气冷快堆 (GCFR) 系统初始研发团队的负责人。 [1]
气冷计划（热谱）包括已退役的反应堆，如英国建造和运行的Dragon 反应堆、德国建造和运行的AVR 和THTR-300以及美国建造和运行的Peach Bottom和Fort St. Vrain。正在进行的示范包括日本的高温工程测试反应堆，该反应堆于 1999 年使用插入棱柱形块的燃料压块达到满功率（30 MWth）和中国的HTR-10，该反应堆于 2003 年使用卵石燃料达到 10 MWth 的满容量。 PBMR Pty 设计了一个 400 MWth 的卵石床模组化反应堆示范工厂，用于在南非部署，但于 2010 年撤回，俄罗斯研究机构联盟正在与通用原子公司合作设计一个 600 MWth 的GT-MHR（棱柱形块反应堆）。 2010 年，通用原子公司宣布了能量倍增模组反应堆设计，这是GT-MHR的先进版本。
捷克共和国、法国、匈牙利、斯洛伐克和波兰目前正在开发欧洲气冷快堆 (GFR) 演示装置 ALLEGRO。 ALLEGRO 的主要目标是创建一个氦冷快堆的概念设计，该反应堆能够在失水事故 (LOCA) 期间通过向包含反应堆压力容器的保护容器中注氮来移除非能动衰变热，并设计一个能够承受 LOCA 事故期间升高的压力（超过 10 巴）和温度的气密保护容器。 [2]
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参见
- 能量倍增器模组
- 快中子增殖反应堆
- 快中子反应堆
- 第四代反应堆
- PBMR
- 超高温反应堆
- 10兆瓦高温气冷实验堆(HTR-10)
- 石岛湾核电站，运行200兆瓦高温气冷堆(HTR-200)
- 球床模块式高温气堆冷堆核电站(HTR-PM)
参考文献
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