3. 重水堆

雖然輕水堆已經在核動力市場上占據(jù)了統(tǒng)治地位，但是近年來，由于重水堆（HWR）能夠節(jié)約核燃料，因而引起不少國家政府和核工業(yè)界人士的重視。在新開辟的核動力市場上，重水堆已經成為輕水堆的主要競爭對手。

重水和輕水的熱物理性能差不多，主要差別是由重水的核特性決定的。重水和輕水的核特性相差很大，這個差別主要表現(xiàn)在與中子的相互作用上面。重水的優(yōu)點是它與堆芯內的熱中子幾乎不發(fā)生象輕水那樣的吸收反應，因此可以有較高的中子經濟性。以重水慢化的反應堆，可以采用天然鈾作為核燃料。由于重水吸收熱中子的幾率小，所以重水慢化的反應堆，中子除了維持鏈式裂變反應之外，還有較多的剩余中子可以用來使238U轉變?yōu)?39Pu，使得重水堆不但能用天然鈾實現(xiàn)鏈式裂變反應，而且比輕水堆節(jié)約天然鈾大約20％。

由于重水慢化能力比輕水低，為了使裂變產生的快中子得到充分的慢化，堆內慢化劑的需要量就很大。再加上重水堆使用的是天然鈾，重水堆的堆芯體積比壓水堆要大十倍左右。另外，要從天然水中提取重水，由于天然水中重水含量太低，所以重水仍然是一種非常昂貴的材料。由于重水用量大，所以重水的費用約占重水堆基建投資的六分之一左右。

重水堆由于使用天然鈾作燃料，堆芯的后備反應性必然較少，因此需要經常將燒過了的燃料元件卸出堆外，補充新燃料，因此同樣功率的重水堆核電廠產生的乏燃料數(shù)量要比壓水堆多。而且倘若經常為此而停堆裝卸核燃料，對于要求連續(xù)發(fā)電的核電廠而言是不能容忍的，這就要求重水堆核電廠能夠進行不停堆換料。

由于輕水和重水的核特性相差很大，在慢化性能的兩個主要指標上，它們的優(yōu)劣正好相反，使它們成了天生的一對競爭伙伴。正是由于這個原因，使得這兩種堆型的選擇，成了不少國家的議會、政府和科技界人士長期爭論不休的難題。

重水堆在幾十年的發(fā)展中，已派生出不少類型。按結構劃分，重水堆可以分為壓力管式和壓力殼式。采用壓力管時，冷卻劑可以與慢化劑相同也可不同。壓力管式重水堆又分為立式和臥式兩種。采用立式時，壓力管是垂直的，可采用有機物、氣體、加壓重水或沸騰輕水冷卻；采用臥式時，壓力管水平放置，不宜用沸騰輕水冷卻。壓力殼式重水堆只有立式，冷卻劑與慢化劑相同，可以是加壓重水或沸騰重水，燃料元件垂直放置，與壓水堆或沸水堆類似。

由加拿大原子能公司發(fā)展起來的以天然鈾為核燃料、重水慢化、加壓重水冷卻的臥式壓力管式重水堆（CANDU型），是唯一達到商業(yè)化技術要求的重水堆。1962年，加拿大第一座兩萬多千瓦電功率的小型重水動力堆建成，1966年，第一座20萬千瓦電功率的示范重水堆--道格拉斯角核電廠啟動。CANDU核電廠的反應堆為壓力管式天然鈾重水堆，它的回路系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)與壓水堆類似。重水堆燃料元件的芯塊也與壓水堆類似，是燒結的二氧化鈾的短圓柱形陶瓷塊。這種芯塊也是放在密封的包殼管內，封裝成長度約50cm的燃料元件，并將大約40來根燃料元件扎成棒束。

秦山三期核電廠是中國和加拿大合作建造的我國第一座重水堆核電廠，裝有兩臺72.8萬千瓦核電機組。它于1998年6月8日開工建設。1號機組于2002年11月19日實現(xiàn)首次并網，2002年12月31日投入商業(yè)運行，2號機組于2003年6月12日并網發(fā)電。

由于重水堆比輕水堆更能充分利用天然鈾資源，又不需要依賴濃縮鈾工廠和后處理廠，所以印度、巴基斯坦、阿根廷、羅馬尼亞等國家已先后引進加拿大的重水堆，如果鈾資源的價格上漲，重水堆在核動力市場上的競爭地位將會得到加強。