中國實驗快堆模型（圖源：百度）

      鈉冷快堆對于緩解日漸緊張的核燃料供應，解決核廢料污染緩解的問題有著重大意義。1986年，我國出臺了“國家高技術研究發展計劃”（簡稱863計劃），計劃中就包含了中國實驗快堆這一項目。中國實驗快堆位于北京西南郊的中國原子能科學研究院，于1992年獲得國務院批準立項，2011年成功并網發電，是我國第一座快堆。03

       傳統核反應堆主要利用鈾235的裂變產生的鏈式反應來產生能量。

        在鈾235原子的鏈式反應中，一個鈾235原子吸收中子后發生裂變，產生2~3個中子，新產生的中子繼續與其他鈾235原子反應，形成指數級加強的反應。

鏈式反應示意圖

       然而，現實中的鈾燃料中總是含有一部分的鈾238。鈾235裂變后產生的中子中，一部分是能量較大、速度較快的快中子，另一部分為能量較低、速度較慢的熱中子。

       快中子能夠與鈾238反應而裂變，但是裂變產生出的中子卻是熱中子，鈾238無法與熱中子發生裂變反應，這導致了鈾238無法支撐鏈式反應，技術上想要利用鈾238的裂變反應十分困難。但是鈾238可以緩慢地吸收能量較低的中子，經過一系列衰變轉化為钚239。

       而鈾235容易和熱中子發生裂變反應，不容易與快中子發生反應，如果使用慢化劑將反應產生的快中子變為熱中子，既可以減少中子與鈾238的反應，也可以增加中子與鈾235的反應，提高反應中中子的利用率，讓鈾235濃度較低的核燃料也可以用于反應堆發電。因此，現今主要的反應堆主要利用鈾235與熱中子的反應。

鈾235在中子能量較低時更易裂變

      然而，在自然界中存在的三種鈾同位素中，鈾235只占了0.7%，其余的鈾幾乎都是鈾238，鈾235資源的短缺限制了核能的發展。并且，鈾235的裂變反應會使核燃料中的鈾238轉化為钚239。钚239逐漸積累，產生了大量的乏燃料，這些乏燃料無法再作為傳統熱中子反應堆的燃料，帶來嚴峻的環境污染問題。

        乏燃料中積累的钚239無法與熱中子反應，但是卻可以和快中子產生裂變反應，同時，如果將鈾238放置在钚239反應區的外圍，那么鈾238就可以捕獲反應產生的中子，并且經過衰變轉化為钚239，甚至可以實現由鈾238轉變得到的钚大于裂變所消耗的钚，實現核燃料增殖。

鈉冷快堆結構示意圖（圖源：百度）

        同時，由于钚239的核裂變反應放熱速率較大，傳統的冷卻劑無法將裂變反應產生的熱量充分帶出。而金屬鈉沸點高，可以在較高的溫度下保持液態，不易產生鈉氣泡，讓液態鈉的導熱率比水高數百倍，同時，鈉對于中子的慢化效果較弱，使得快中子損失較少，是一種較為合適的冷卻劑。除此之外，也有其他種類快堆選用液態鉛、氦氣等作為冷卻劑，但目前，鈉冷快堆的技術最成熟，最接近商用。

        利用快中子與钚239的裂變反應與鈾238轉化為钚239的反應，可以很大程度上緩解核廢料污染與鈾235資源枯竭的問題，對于可持續利用核能，引導核能成為徹底的清潔能源有著重大意義。04

鈉的沸點較高，液態鈉有很強的導熱以及儲熱能力，可以保證堆芯和燃料不會過熱。在核電站事故發生時，回路內的液態鈉會大量接收從堆芯導出的剩余熱量，有助于為事故的處理爭取足夠充分的時間。對于突發性的事故有著很強的適應能力。而鈉冷快堆基本是在常壓下運行,給反應堆的設計帶來了很大的優勢。

        另一方面，鈉與中子發生反應生成的產物半衰期均較低，并且衰變產生的射線也很容易被屏蔽，產生的放射性污染很小。

鈉冷快堆的非能動余熱排出系統[2]

       鈉是一種化學形式活潑的金屬，能夠與水、氧氣反應。如何防止鈉的燃燒或者爆炸事故，是鈉冷快堆設計的一項重要內容。以中國實驗快堆（簡稱CEFR）為例。由于微粒狀鈉在120℃以下時會與空氣反應發生爆燃，CEFR在所有鈉系統外圍設置保溫層，保證基本不會發生鈉爆燃事故，同時為了以防萬一，發生鈉的泄漏事故時，采用鋪設在鈉系統下方的鈉接收盤，確保大部分鈉不會燃燒。而對于鈉與水的反應，CEFR采用及其靈敏的氫氣檢測系統，如果檢測到了氫氣，如果經確認的確是由鈉與水反應產生，則會進行停堆維修。對于鈉或水大量泄漏的情況，還會啟用專門的保護系統，隔離水與鈉，并且執行停堆。05