液體冷卻劑

冷卻劑是一種流過或環繞某個系統來防止該系統過熱的流體。它通過將該系統產生的熱量傳導到其他的系統來使用或消耗熱量。理想的冷卻劑具有高熱容量，低黏度，廉價，無毒，化學惰性，既無腐蝕性又不促進腐蝕。某些冷卻劑的應用還要求其絕緣。

冷卻劑又稱載熱劑。其作用是將反應堆內因核裂變產生的熱量導出堆外，在均勻堆中還兼作流體燃料的載體。液體冷卻劑是指使用形態為液體的冷卻劑。常用的有輕水、重水和液態金屬鈉 ^[2]  。

相對分子質量為1的H原子和相對分子質量為16的O原子構成的水。其相對分子質量為18。另外，還有相對分子質量為20，22等的水。在中學化學階段，稱為輕水 ^[3]  。

世界上水最寶貴的。人離不開水，核反應堆也是如此。水是使核反應堆中產生的中子減速的最好材料之一。

“輕水”

用重水即氧化氘（D2O）作為慢化劑的核反應堆被稱為重水反應堆，或簡稱為重水堆。現在的反應堆幾乎都利用熱中子，因此慢化劑是反應堆不可缺少的組成部分。慢化劑與中子碰撞減少中子的數量的話，便失去了意義。所以，重水是非常優異的慢化劑，它與石墨並列是最常用的慢化劑。

用輕水作為慢化劑和冷卻劑的核反應堆被稱為輕水反應堆 ^[4]  ，包括沸騰水堆和加壓水堆輕水也就是一般的水，廣泛地被用於反應堆的慢化劑和冷卻劑。輕水冷卻劑輕水冷卻劑堆芯中的燃料：反應堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂變材料。自然界天然存在的易於裂變的材料只有U-235，它在天然鈾中的含量僅有0.711%，另外兩種同位素U-238和U-234各佔99.238%和0.0058%，後兩種均不易裂變。與重水相比，輕水有廉價的長處，此外其減速效率也很高沸騰水堆的特點是將水蒸汽不經過熱交換器直接送到氣輪機，從而防止了熱效率的低下，加壓水堆則用高壓抑制沸騰，對輕水一般加100至160個大氣壓，從而熱交換器把一次冷卻系（取出堆芯產生的熱）和二次冷卻系（發生送往渦輪機的蒸汽）完全隔離開來。

重水 ^[3]  （或稱氘代水，化學式D2O或者H2O）是水的一種，它的摩爾質量比一般水要重。普通的水（H2O）是由兩個只具有質子的氫原子和一個氧16原子所組成，但在重水分子內的兩個氫同位素氘，比一般氫原子有各多一箇中子，因此造成重水分子的質量比一般水要重。地球上的水大約有 3,200分之一是半重水（HDO）。

由於普通水和重水都是由相同數量的氫和氧原子組成，兩者的化學反應皆會接近相同。但在物理上，重水的凝固點（即固態水的熔點）和沸點比普通水稍高，在一個大氣壓力下，重水的凝固點是攝氏3.82度，沸點是攝氏101.4度，密度為1.1056g/cm。

有另一種重水稱為半重水，HDO，它只有一個氫原子是多一箇中子的重氫。一般的半重水都並不純正，通常是50%HDO，25%的H2O 及 25%的D2O。除了由重氫組成的重水分子外，還有一種由重氧原子（氧17或氧18）組成的重水分子，稱為“重氧水”。由於分離出重氧水分子的難度較高，因此提煉純正重氧水的成本會比重氫水為高。

重水冷卻劑，用重水即氧化氘作為慢化劑的核反應堆被稱為重水反應堆，或簡稱為重水堆現在的反應堆幾乎都利用熱中子。

用重水即氧化氘作為慢化劑的核反應堆被稱為重水反應堆 ^[5]  ，或簡稱為重水堆現在的反應堆幾乎都利用熱中子，因此慢化劑是反應堆不可缺少的組成部分慢化劑與中子碰撞使中子亦即減少中子的數量的話，便失去了意義。所以，重水是非常優異的慢化劑，它與石墨並列是最常用的慢化劑。

用重水作慢化劑的熱中子反應堆。可以用重水、普通水、二氧化碳和有機物作冷卻劑。重水的熱中子吸收截面很小，可以採用天然鈾燃料。鈾燃料的利用率高於輕水堆，燒過的燃料的235U含量僅為0.13%，乏燃料不必進行後處理。這種堆可以作為生產堆、動力堆和研究堆使用。堆內中子經濟性好，可生產氚和發展成為先進的轉化堆。堆內重水裝載量大，反應堆造價較高。

地球上的水大約有 3,200分之一是半重水（HDO）。半重水可以透過電解及蒸餾，或以化學方法從普通水中提煉出來。可以使用化學方法，是因為氘及普通氫原子由於質量稍為不同，所以化學反應的速度有異。當水中的半重水到了相當的濃度，重水便會因為水分子之間交換氫原子而慢慢出現。要從半重水再提煉純正的重水亦可使用電解、蒸餾及化學方法。但是電解及蒸餾所需要的能量會非常巨大，因此一般這一步只會使用化學方法。

鈉 ^[3]  是一種金屬元素，在週期表中位於第3週期、第IA族，是鹼金屬元素的代表，質地柔軟，能與水反應生成氫氧化鈉，放出氫氣，化學性質較活潑。鈉元素以鹽的形式廣泛的分佈於陸地和海洋中，鈉也是人體肌肉組織和神經組織中的重要成分之一。

鉀鈉合金（液態）是核反應堆導熱劑。鈉單質還具有良好的延展性，硬度也低，能夠溶於汞和液態氨，溶於液氨形成藍色溶液。在-20℃時變硬。

液態鈉熔點較低（98℃），熱導率高，但有一定腐蝕性，能使迴路管道因質量遷移而堵塞。此外，鈉吸收中子後會產生強放射性24Na，而且鈉很活潑，遇水即爆炸，故在設計熱交換器時要特別注意。

材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），特殊用途金屬材料（三級學科），裂變堆及聚變堆材料（四級學科）