昨天看到一個帖子，說日本反應堆比中國先進，還經常有人嚷嚷氣冷堆上潛艇，還有世界上3大核電站事故的情況，實在看不下去了，現在對核反應堆做個簡單科普。
反應堆由燃料棒、控制棒、冷卻劑、慢化劑組成，自行百度，我主要講各類反應堆的具體情況。
首先是石墨液冷堆，是人類第一種掌握的反應堆，由費米于1942年12月2日在芝加哥大學網球場建立并啟動，而第一個核電站，也是石墨液冷堆，由蘇聯建造。
這種反應堆用石墨作為慢化劑，水作為冷卻劑，沒有耐壓殼。整體構造可以想象成蜂窩煤，在石墨中通上各類管線。作為人類第一代反應堆，缺點很多：1、沒有耐壓殼，安全性很差，一旦事故，堆心就會暴露在大氣層中。2、高純度石墨易燃，失事時會造成大火，不僅會阻礙救援，還會促進放射物在大氣擴散。3、每一個管線都是單獨的單元，各個管線并不是一體的，不利于維護。石液冷堆只有蘇聯大規模投入商業運營，切爾諾貝利爆炸的就是這種堆。
第二種是重水堆，當年納粹開發核彈用的就是這種堆，用重水作為慢化劑，當時只有挪威能生產重水，工廠還被盟軍炸了，攻入德國的時候就發現了一個完整的重水堆，只不過重水太少（只有2噸），不足以引起核反應，如果當時納粹獲得了足夠的重水…………
重水很少吸收中子，所以重水堆的核燃料不用濃縮，用天然鈾就行，省去了龐大的鈾濃縮工廠；因為很少吸收中子，所以增值（下文會講到）是所有慢中子堆中最高的；因為慢化劑是液體，緊急情況下只要排空慢化劑，就回停止核反應，安全性也很高；鈷60（一種重要醫療資源，用于化療）也主要由重水堆生產；最重要的一點是：核彈所用的钚239通常是由重水堆生產，其他反應堆生產的钚會含有钚240，用于反應堆沒問題，但不能用于核彈。
重水堆主要使用國家為加拿大，我國的秦山3期也是重水堆，汶川大地震時時受影響的那個堆，就是重水堆。
然后就是世界的主流，壓水堆。壓水堆是將冷卻劑與慢化劑合二為一，用普通水來完成，因為省去了慢化劑的空間，所以最為緊湊。因為水會吸收一部分中子，所以壓水堆的核燃料，濃縮豐度比較高，以補償被吸收的中子。
世界上所以核動力船舶都是壓水堆（蘇聯搞過金屬堆，后來放棄了，下文會講到），核電站也大都是壓水堆，比如我給的大亞灣、秦山1、2期，田灣核電站，以及美國失事的三里島核電站。壓水堆內部有耐壓殼，外部有安全殼，雖然發生了核事故，不過放射性物質都被阻隔開了，對環境影響降到了最低。
接下來是奇葩的沸水堆，也就是日本福島核電站的堆。
核反應是有放射性的，所以一般反應堆有兩個回路，我們將從反應堆導出熱量的稱為第一回路，給汽輪機供氣的稱第二回路。第一回路的熱水通過熱交換器給第二回路加熱，將放射性阻隔開。不過熱交換器管壁非常薄，只有1.5毫米，是易出事故的部件，沸水堆的目地，就是取消熱交換器。
怎么做到呢？就是讓冷卻劑在反應堆里直接沸騰，產生蒸汽，再由這種帶有放射性的蒸汽直接推動汽輪機發電，換句話說，汽輪機本身就被感染放射性了。
只有一個回路，而且放射性物質直接導出安全殼，其安全性怎么樣，不言而喻了，第三代反應堆已經不考慮著種堆了。還有，這種技術主要掌握在美國西屋公司，日本不過是引進建造罷了。
再下來，就是我們的獨門絕技：石墨氣冷堆。
氣冷堆的構造和其他反應堆都不一樣，最早是英國設計建造，后來德國進行了跟進，最后由我們完成了最終的完善。石墨氣冷堆的優點有兩個：1.熱效率高2.安全性高，缺點么，體積龐大，當然對核電站而言無所謂，上船是不可能的啦！
顧名思義，石墨氣冷堆的冷卻劑是氦氣（英國用過二氧化碳），慢化劑是石墨。氣冷堆沒有燃料棒，也沒有單獨的慢化劑單元，這種堆是將核燃料做成小顆粒，外面包裹上石墨層，再松散的堆入容器，等堆到了臨界體積，核反應就開始了。一旦出現事故，只要將容器底部打開，導出部分燃料，低于臨界體積，核反應自然就停止了，所以安全性很高。
熱效率為什么會很高呢？因為液體冷卻劑的溫度一般只有500℃左右，氣冷堆能超過1000℃！?。〔贿^氣體的導熱性能差，所以核燃料的間距比較大，要大量通過導熱氣體，所以體積比一般核反應堆大的多。世界上第一個商業氣冷堆，現在我國山東建造當中。
還有一種很少見的反應堆，叫金屬堆，用鉛鉍合金作冷卻劑，特點就是功率密度大。很好理解，金屬的導熱性比水強很多，用很少的冷卻劑就能帶走更多的熱量，所以在功率相同情況下，金屬堆的體積最小。
蘇聯當時是為了核潛艇才制造的這種反應堆，因為維護太過麻煩，反應堆一旦停堆，金屬就會在管道里凝固，所以被放棄了。美國也研究過這種反應堆想用于航母、潛艇，也放棄了。
最后就是快中子反應堆，提到快中子堆就要提到增值概念。
在天然鈾，能用于核反應的鈾235只占0.7%，99%的鈾238不能用于核反應，但鈾238吸收中子后會變成钚239，也可以用于核反應。一般反應堆消耗的燃料比轉換的要多，如果轉換的比消耗的多，那么核燃料就回“增值”，所以稱為增值堆。
增值堆沒有慢化劑，因為慢化的中子增值很少；但快中子速度快，在核燃料內停留時間短，難以引發核反應，所以采用高濃度，甚至是武器級別的核燃料，增大反應幾率。
因此帶來一個問題，一旦發生事故，燃料棒相互堆積，就會發生核鏈式反應，而變成核爆炸??！而且快中子長時間照射會讓材料脆化；快中子堆發熱量很大，水無法滿足冷卻要求，只能用麻煩的金屬合金，或強腐蝕的融鹽，或劇毒的有機溶劑。建造使用成本很高，所以現在很難投入實際應用。
快堆中比較出名的是法國超鳳凰，和日本的文殊。前者是唯一商業運營的快堆，后來因成本高昂，又關閉了；后者是因為核燃料機械臂直接掉進反應堆堆芯，幾噸中的機械臂直接砸下去了！現在增值的核燃料也無法取出，越燒越多，也不知道日本怎么收場（這兩個快堆都是鈉冷堆）。
還有一種快堆，是利用釷232，吸收中子變成鈾233，鈾233也是一種核燃料。對這種反應堆感興趣的國家是印度中國，這兩個國家釷儲藏量一個世界第一，一個世界第二，而且，釷的儲藏量比鈾高幾十倍。不過釷堆似乎還沒有走出實驗室，連實驗堆都沒有什么消息，不過美國倒用其他反應堆生產過鈾233，作為核武器裝藥，因為它的臨界體積最小。
除以上反應堆外，還有啥超臨界反應堆，都只是圖紙堆而已。
