编者按

成功的路有很多，有人因坚持而成功，有人因放弃而成功，重要的是要有所追求，并持之以恒……

快堆燃料发展历程

早期从Clementine到EBR-II，总共建造八座实验性快堆，全部采用金属型燃料。这是因为当时发展快堆的主要目标是希望有高的增值比，金属型燃料密度大，不含慢化剂，能谱硬，增值性能好。此外，当时采用金属型燃料的经验相对较多。

大约在60年代初，快中子堆的发展目标，已由增殖转向经济，而第一代金属型燃料快堆的严重缺陷也暴露出来，这就是不能满足快堆的高燃耗（大于10%，原子百分数）和高的出口温度（大于5000摄氏度）的要求。于是在日趋成熟的热中子反应堆技术的基础上，应用氧化物陶瓷燃料芯块、不锈钢包壳元件的第二代快堆便出现了，并在世界范围内建造了20座快堆。

至80年代，在这股纷纷放弃金属型核燃料的世界潮流中，美国阿贡实验室的专家们在EBR-II上，经过长达二十多年的努力，在大约十五万根元件辐照实验的基础上，不断改进设计，已经基本解决了困扰金属型燃料的问题，并在此基础上，提出金属型核燃料一体化快堆的概念。

时至今日，金属燃料与氧化物燃料并驾齐驱，有着丰富的测试和运行经验，得到了长足的发展，都能够为未来的商用快堆所用，而碳化物和氮化物燃料则缺乏辐照实验的验证。

对燃料的性能要求

反应堆对燃料的一般要求，包括：

l   辐照稳定性；

l   良好的热物性，能达到高的功率密度，如热导率高（能转移），熔点高（能忍）；

l   工艺性能好，制造成本低；

l   与包壳相容性好；

l   不产生强烈的化学腐蚀。

在事故瞬态方面对燃料的考虑：

l   多普勒效应：含有轻核元素越多，能谱软化，多普勒效应越强。高的多普勒反馈有助于瞬态超功率（UTOP）事故下功率降低；而低的多普勒效应有利于无保护失流（ULOF）和无保护失热阱（ULOHS）。

l   抵抗严重事故：熔点高，不易发生熔化；熔化后，熔融物易于排出堆芯，避免发生重返临界。

各种燃料的性能对比

金属型燃料

早期动力堆采用的金属铀及铀合金。

优点：能谱高，增殖比高，密度高，热导率大，工艺性能好。

缺点：高温高燃耗下稳定性差，腐蚀率高，熔点低，容易辐照肿胀，多普勒效应小。

阿贡实验室的新贡献

U-Zr，U-Pu-Zr燃料类型目前已经克服低燃耗的限制。

在应对严重事故方面优势明显：热导率高，如果发生破损，发生在燃料棒的顶部，熔融后与包壳化学反应形成低熔点的合金，有助于熔融物排出堆芯，不会造成堵流，不会发生重返临界。

氧化物燃料

优点：熔点高，高温和高辐照条件下稳定性好，耐腐蚀性能好（水和钠环境），与包壳材料相容性好，多普勒效应大，运行经验丰富。

缺点：热导率低，导热性能差，在热梯度下脆性。

在严重事故方面有劣势：一旦发生熔化，破损发生在燃料棒的中部，往上或下流动过程中易凝固造成堵塞，造成事故的进一步蔓延。

氮化物/碳化物燃料

优点：导热率比氧化物大，熔点也较高，辐照条件下稳定性较好。

缺点：与水易发生反应，故在压水堆没有被采用，只能考虑在快堆中使用，最重要的是缺乏运行经验。