3. 重水堆

　　虽然轻水堆已经在核动力市场上占据了统治地位，但是近年来，由于重水堆（HWR）能够节约核燃料，因而引起不少国家政府和核工业界人士的重视。在新开辟的核动力市场上，重水堆已经成为轻水堆的主要竞争对手。

　　重水和轻水的热物理性能差不多，主要差别是由重水的核特性决定的。重水和轻水的核特性相差很大，这个差别主要表现在与中子的相互作用上面。重水的优点是它与堆芯内的热中子几乎不发生象轻水那样的吸收反应，因此可以有较高的中子经济性。以重水慢化的反应堆，可以采用天然铀作为核燃料。由于重水吸收热中子的几率小，所以重水慢化的反应堆，中子除了维持链式裂变反应之外，还有较多的剩余中子可以用来使238U转变为239Pu，使得重水堆不但能用天然铀实现链式裂变反应，而且比轻水堆节约天然铀大约20％。

　　由于重水慢化能力比轻水低，为了使裂变产生的快中子得到充分的慢化，堆内慢化剂的需要量就很大。再加上重水堆使用的是天然铀，重水堆的堆芯体积比压水堆要大十倍左右。另外，要从天然水中提取重水，由于天然水中重水含量太低，所以重水仍然是一种非常昂贵的材料。由于重水用量大，所以重水的费用约占重水堆基建投资的六分之一左右。

　　重水堆由于使用天然铀作燃料，堆芯的后备反应性必然较少，因此需要经常将烧过了的燃料元件卸出堆外，补充新燃料，因此同样功率的重水堆核电厂产生的乏燃料数量要比压水堆多。而且倘若经常为此而停堆装卸核燃料，对于要求连续发电的核电厂而言是不能容忍的，这就要求重水堆核电厂能够进行不停堆换料。

　　由于轻水和重水的核特性相差很大，在慢化性能的两个主要指标上，它们的优劣正好相反，使它们成了天生的一对竞争伙伴。正是由于这个原因，使得这两种堆型的选择，成了不少国家的议会、政府和科技界人士长期争论不休的难题。

　　重水堆在几十年的发展中，已派生出不少类型。按结构划分，重水堆可以分为压力管式和压力壳式。采用压力管时，冷却剂可以与慢化剂相同也可不同。压力管式重水堆又分为立式和卧式两种。采用立式时，压力管是垂直的，可采用有机物、气体、加压重水或沸腾轻水冷却；采用卧式时，压力管水平放置，不宜用沸腾轻水冷却。压力壳式重水堆只有立式，冷却剂与慢化剂相同，可以是加压重水或沸腾重水，燃料元件垂直放置，与压水堆或沸水堆类似。

　　由加拿大原子能公司发展起来的以天然铀为核燃料、重水慢化、加压重水冷却的卧式压力管式重水堆（CANDU型），是唯一达到商业化技术要求的重水堆。1962年，加拿大第一座两万多千瓦电功率的小型重水动力堆建成，1966年，第一座20万千瓦电功率的示范重水堆--道格拉斯角核电厂启动。CANDU核电厂的反应堆为压力管式天然铀重水堆，它的回路系统和发电系统与压水堆类似。重水堆燃料元件的芯块也与压水堆类似，是烧结的二氧化铀的短圆柱形陶瓷块。这种芯块也是放在密封的包壳管内，封装成长度约50cm的燃料元件，并将大约40来根燃料元件扎成棒束。

　　秦山三期核电厂是中国和加拿大合作建造的我国第一座重水堆核电厂，装有两台72.8万千瓦核电机组。它于1998年6月8日开工建设。1号机组于2002年11月19日实现首次并网，2002年12月31日投入商业运行，2号机组于2003年6月12日并网发电。

　　由于重水堆比轻水堆更能充分利用天然铀资源，又不需要依赖浓缩铀工厂和后处理厂，所以印度、巴基斯坦、阿根廷、罗马尼亚等国家已先后引进加拿大的重水堆，如果铀资源的价格上涨，重水堆在核动力市场上的竞争地位将会得到加强。（作者：俞冀阳）