核子反應爐(Nuclear Reactor)-2023

核子反應爐(Nuclear Reactor)是一種啟動、控制並維持核分裂(Nuclear Fission)或核融合(Nuclear Fusion)連鎖反應的裝置。相對於核子武器引爆瞬間所發生的失控式連鎖反應以產生最大殺傷力，在核子反應爐之中，核子變異的速率可以得到精確的控制，其能量能夠以較慢的速度向外釋放，供應人類利用為日常所需的能源。自1950年代以來，核分裂反應爐(放射性重元素衰變成輕元素)的相關技術早已成熟，但對於核融合反應爐(輕元素融合成較重的元素)的開發至今仍處於探索階段。

核子反應爐有許多用途，核能是利用質量直接轉變為能量的巨大能量，目前最重要的用途是產生熱能，用以代替其他傳統的化學能燃料來加熱水，產生蒸汽發電或驅動核子動力艦艇以及太空船等設施或運輸工具運轉。一些核子反應爐被用來生產為醫療和工業用途的放射性同位素，或用於生產武器級鈽。部分核子反應爐運作僅用於學術研究。目前全世界商業核子反應爐都是以核分裂方式運作的，但關於核融合的發電設備與實驗也在不斷的進行研究發展中。今日在世界各地的大約30個國家中被用於發電的總計約450個核子反應爐。

核子反應爐有幾種不同的分類方法：

按核子反應的類型分類

• 核分裂。所有的商業發電反應爐是根基於核分裂反應。它們通常採用鈾235及其產物鈽239作為核燃料，雖然釷燃料循環也是可能的。核分裂反應爐可被粗略地分為兩種類型，取決於中子維持鏈鎖式反應的能量。

• 核融合。核融合發電是一個實驗性的技術，一般用氫作為燃料。儘管不適於電力生產，范斯沃斯-赫希fusor用於產生中子放射線源。

按用途分類

按用途分類，可以分為：

• 發電

  • 核電廠

• 動力核子反應爐

• 生產核子反應爐（快中子增殖反應爐FBR）

• 其他供熱用途

  • 海水淡化

• 研究式核子反應爐（先進實驗反應爐）

按減速劑和冷卻劑分類

按照反應爐減速劑和冷卻劑的不同，可以分為：

• 輕水反應爐（壓水反應爐、沸水反應爐）：輕水型反應爐使用相對分子質量為18的輕水作為減速劑和冷卻劑。

• 重水反應爐：重水堆可按結構分為壓力槽式和壓力管式兩類。兩者都使用重水做減速劑，但前者只能用重水做冷卻劑後者卻可用重水、輕水、氣體等物質做冷卻劑。

• 石墨氣冷反應爐

• 石墨液冷反應爐(壓力管石墨式漫化沸水反應爐)

按照反應爐中中子的速度，可以分為：

• 熱中子反應爐（目前最普遍的反應爐類型）：使用減速後的熱中子以維持其他燃料分裂。這種反應爐包含中子減速劑，用於降低中子減速，直至它們中子溫度被熱化。在這個過程中，直至中子的動能接近四周粒子的平均動能。與更快的核中子相比，熱中子對可分裂材料如鈾-235，鈽-239和鈽-241有進行分裂的中子截面更高，相對而言，鈾-238中子捕獲的機會較低，允許使用低濃縮鈾，甚至天然鈾燃料。中子減速劑通常也是冷卻劑，通常以高壓增加水的沸點。這些被反應爐壓力槽、監測和控制反應爐的儀器、安全殼所包圍。

• 快中子反應爐

按世代分類

• 第一代反應爐（早期原型研究堆，非商業用反應爐，生產的電力一般用於展示）

• 第二代反應爐（目前大多數核電廠，1965年至1996年，原始設計的使用年限為30-40年，現在有些考慮到安全性正逐步退役，有些則延長再使用10-20年（預計使用50-60年）。像是在美國大約有75%正在運轉的反應爐延長20年使用期限，總共使用60年。） 依不同的設計主要可分為

1. 壓水反應爐（PWR），美國研發

2. 沸水反應爐（BWR），美國研發

3. 加拿大重水鈾反應爐（CANDU），加拿大研發

4. 進階版氣冷反應爐（AGR），英國研發

5. 水-水高能反應爐（VVER），俄羅斯研發

6. 壓力管式石墨減速沸水反應爐（RBMK），俄羅斯研發

• 第三代反應爐（在設計上有大幅度的改進，像是燃料技術的改善，更有效率地應用熱能和安全系統的升級，像是使用被動核安全系統，在意外事故發生時利用重力冷卻爐心。1996年至今）

目前正在運轉的有

1. 奇異公司和東芝一起推出的進步型沸水式反應爐（ABWR）

2. 韓版先進壓水反應爐

3. 水-水高能反應爐（VVER-1000/428）

4. 俄式快中子增殖反應爐（ BN-800 reactor）

目前正在建造的有

1. 中國改進型壓水堆（ACPR1000）

2. 華龍一號（HPR1000 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館））

3. 水-水高能反應爐（VVER-1000/428M）

4. 歐洲壓水反應爐

• 第三代反應爐加強版（在安全系統和經濟效能上有革命性的突破。2017年在俄羅斯沃羅涅日州啟動的VVER-1200/392M為第一座運轉的第三代反應爐加強版。)

目前正在建造的有

1. AP1000

2. CAP1400

3. 在土耳其建造的ATMEA1

4. 在白俄羅斯建造的VVER-1200/491，一號機計畫2018年完工，二號機計畫2020年完工 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

• 第四代反應爐（目前尚在研發階段，主要訴求是更佳的安全性能，永續發展，效能提升和降低成本。）

主要有六款，三款使用慢中子產生熱能三款使用快中子產生熱能。都是使用核分裂產生熱能。

慢中子款的有

1. 超高溫反應爐（ Very high temperature reactor，VHTR）

2. 超臨界水反應爐（Supercritical water reactor，SCWR）

3. 熔鹽堆

快中子款的有

1. 氣冷快中子反應爐（Gas-cooled fast reactor，GFR）

2. 鈉冷快中子反應爐（Sodium-cooled Fast Reactor，SFR）

3. 鉛冷快中子反應爐（Lead-cooled fast reactor，LFR）

術語「第四代」是美國能源部（DOE）在2000年開發新的核子反應爐類型。在2003年，法國原子能和替代能源委員會（CEA）是第一個提到第二代核子反應爐; DOE與CEA一起提出第三代核子反應爐也是在2000年代，第四代核子反應爐則是在國際論壇（GIF）計劃期間提出。

其他反應爐

• 氣冷反應爐（氣冷快中子反應爐）

• 多用途高溫氣體反應爐

• 天然核子反應爐

核子反應爐分類
核分裂反應爐 按減速劑分類	輕水反應爐	PWR BWR ABWR SCWR
	重水反應爐	PHWR 加拿大重水鈾反應爐 SGHWR ATR
	石墨減速反應爐	球床反應爐（PBMR） VHTR 超高溫實驗堆 RBMK Magnox AGR
	氟鋰鈹（FLiBe）	熔鹽反應爐（MSR）
	（無）FR	快中子增殖反應爐 LMFR IFR TWR SSTAR NFR 加速器驅動次臨界反應爐 按核子反應爐冷卻劑分類的第四代反應爐 GFR LFR SFR
核融合反應爐 按制約方式分類	磁制約	托卡馬克 球磁機 仿星器 RFP FRC 懸浮偶極
	慣性制約	慣性局限融合 Z箍縮 氣泡融合 熔凝器 靜電 MTF
	其它	μ子催化 熱釋電融合 Migma裝置 Polywel裝置 DPF