本书主要对第四代核能系统尤其是钠冷快中子反应堆的相关知识进行综合性介绍。内容包括第四代核能系统概述（发展背景和定义，先进核燃料循环，核反应堆安全，核能的经济性）、钠冷快堆基础（发展概况和基本特性，快堆物理，快堆热工流体力学，快堆材料，快堆安全）以及其他五种四代堆（高温/超高温气冷堆，熔盐反应堆，超临界水冷堆，铅合金液态金属冷却快堆和气冷快堆）的基本信息。本书既可作为高校核电专业学生在第四代核能系统方
面的入门教材，也可作为核电专业技术人员科研和培训的参考书籍。
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第一篇 第四代核能系统概述 11第一章 引论 121.1 世界核电发展背景 12
1.2 世界核电发展动向 151.2.1 世界核电发展总体情况 15
1.2.2 世界核电发展面临的挑战 17
1.3 第四代核能系统简介 171.3.1 第四代核能系统的划分 17
1.3.2 第四代核能系统的发展 19
参考文献 20
第二章 先进核燃料循环 212.1 铀的需求与供应 212.1.1 铀资源现状 21
2.1.2 铀资源的需求与供应 23
2.2 核燃料循环概述 242.2.1 核燃料循环的意义 24
2.2.2 核燃料循环的基本过程 26
2.3 核燃料制造 302.3.1 轻水反应堆燃料 30
2.3.2 快中子堆燃料 32
2.4 乏燃料后处理技术发展状况 342.4.1 后处理的重要性 34
2.4.2 后处理工艺的主要特征 35
2.4.3 后处理分离技术 36
参考文献 37
第三章 核反应堆安全 393.1 核反应堆安全的基本原则 39
3.2 压水堆安全分析 413.2.1 压水堆的安全系统 41
3.2.2 压水堆事故分析 43
3.3 快中子反应堆安全分析 463.3.1 快中子反应堆的安全特征 46
3.3.2 快中子反应堆的事故分析 47
3.4 放射性物质的释放 48
3.5 国际核事件分级 50
3.6 典型的核反应堆事故介绍 523.6.1 三哩岛核事故 52
3.6.2 切尔诺贝利核事故 53
3.6.3 福岛核事故 54
参考文献 54
第四章 核能的经济性 564.1 核能发电经济性探索的必要性 56
4.2 核电站建设期经济性指标的分析与优化 56
4.3 核电站运营期经济性指标的探索与实践 58
4.4 第四代核反应堆的经济性分析 59
参考文献 61
第二篇 钠冷快中子反应堆 63第五章 钠冷快中子反应堆概述 645.1 钠冷快堆发展概况 645.1.1 国外快堆发展历史及现状 64
5.1.2 国内快堆发展现状 67
5.2 快堆增殖特性 685.2.1 转换链 68
5.2.2 转换比和增殖比 69
5.2.3 倍增时间 71
5.3 钠冷快堆电厂系统 71
5.4 中国实验快堆 72
参考文献 74
第六章 钠冷快堆物理基础 756.1 反应堆稳态物理 756.1.1 稳态物理基础 75
6.1.2 钠冷快堆稳态物理计算特点 79
6.2 反应堆动力学 806.2.1 中子动力学基础 81
6.2.2 钠冷快堆中子动力学特点 84
6.3 反应性的变化和控制 856.3.1 反应堆自反馈效应 86
6.3.2 反应性控制 88
6.3.3 钠冷快堆反应性控制的实现 89
6.4 堆内核燃料管理 906.4.1 堆芯燃料管理 90
6.4.2 钠冷快堆装换料及优化 90
6.5 快中子反应堆物理启动 926.5.1 临界试验 92
6.5.2 装料概述 93
参考文献 94
第七章 钠冷快堆热工流体力学 957.1 反应堆内的释热 957.1.1 堆内热源 95
7.1.2 堆内结构部件和压力容器的释热 97
7.1.3 停堆后的释热 98
7.2 反应堆内的传热 1007.2.1 反应堆内热量的传输过程 100
7.2.2 燃料棒及冷却剂的轴向温度分布 101
7.2.3 钠池空间内的传热 104
7.3 稳态流体力学 1067.3.1 一回路流动压降和主循环泵功率 106
7.3.2 堆芯冷却剂流量分配 107
7.3.3 蒸汽发生器内的传热 109
7.4 快堆瞬态热工分析 110
参考文献 111
第八章 钠冷快堆材料 1128.1 核燃料 1128.1.1 燃料的分类 113
8.1.2 二氧化铀燃料 115
8.1.3 MOX燃料 117
8.2 快堆包壳材料 1198.2.1 包壳材料简介 120
8.2.2 快堆包壳材料 120
8.3 快堆燃料组件 1278.3.1 燃料组件设计 127
8.3.2 快堆燃料组件正常工况下的堆内行为 129
8.3.3 事故工况下的性能预测 131
8.3.4 快堆燃料组件的腐蚀性能 132
8.4 其他材料 132
参考文献 135
第九章 钠冷快堆安全 1369.1 钠冷快堆固有安全性及安全设施 1379.1.1 固有安全性与反应性控制 137
9.1.2 专设安全设施 139
9.2 瞬态事故分析 1409.2.1 反应性引入事故 140
9.2.2 失流事故 141
9.2.3 失热阱事故 142
9.2.4 无保护瞬态事故 143
9.3 局部事故 1439.3.1 钠火事故 143
9.3.2 钠水事故 145
9.3.3 其他事故 146
9.4 概率安全评价 1479.4.1 可靠性特征量与框图法 147
9.4.2 核反应堆概率安全评价 148
9.5 快堆事故回顾 1509.5.1 日本原型快堆“文殊"堆中的钠泄漏事故 151
9.5.2 法国SPX的异常事件 152
参考文献 152
第三篇 其他第四代堆型概述 153第十章 高温/超高温气冷堆 15410.1 高温气冷堆发展概况 154
10.2 高温气冷堆堆型特点 156
10.3 典型高温气冷堆介绍 15910.3.1 早期高温气冷实验堆 159
10.3.2 高温气冷示范堆 160
10.3.3 模块式高温气冷堆 160
10.3.4 氦循环模块式高温气冷堆 161
10.3.5 日本高温工程实验堆 161
10.3.6 中国球床高温气冷实验堆 162
参考文献 164
第十一章 熔盐反应堆 16611.1 熔盐反应堆发展概况 166
11.2 熔盐反应堆特性分析 17111.2.1 熔盐堆的特点 171
11.2.2 熔盐堆的安全性 173
11.2.3 熔盐堆的核燃料后处理 174
11.3 中国钍基熔盐堆 176
参考文献 179
第十二章 超临界水冷堆 18112.1 超临界水冷堆发展概况 181
12.2 超临界水冷堆堆型特性分析 18512.2.1 燃料特性分析 186
12.2.2 反应堆结构分析 186
12.2.3 控制系统分析 187
12.2.4 安全系统分析 187
12.3 中国CSR1000研发简介 189
参考文献 191
第十三章 铅合金液态金属冷却快堆 19213.1 铅基材料的性能 192
13.2 铅基反应堆发展概况 19313.2.1 铅基裂变堆研发历史与现状 193
13.2.2 铅基聚变堆研发历史与现状 197
13.3 铅合金液态金属冷却快堆安全特性 198
13.4 中国铅基研究反应堆CLEAR-I简介 20013.4.1 设计目标与原则 200
13.4.2 堆芯布置与核设计 201
13.4.3 反应堆热工水力及冷却剂系统设计 201
13.4.4 反应堆本体设计 202
13.4.5 专设安全设施设计 203
13.4.6 其他关键系统设计 203
参考文献 204
第十四章 气冷快堆 20514.1 气冷快堆发展概况 205
14.2 气冷快堆设计特点分析 207
14.3 气冷快堆典型设计 20814.3.1 燃料元件 208
14.3.2 堆芯设计与性能 209
14.3.3 主回路系统 210
14.3.4 能量转换系统 210
14.3.5 ALLEGRO工程 210
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