铅铋合金

铅铋合金（Lead-Bismuth Eutectic, LBE）是铅（44.5%）和铋（55.5%）的共晶合金。它用作一些反应堆的冷却剂，也是铅冷快堆的提议冷却剂，是第四代反应堆倡议的一个部分。它的熔点为123.5 °C/255.3 °F（纯铅的熔点为 327 °C/621 °F，纯铋的熔点为 271 °C/520 °F），沸点为1,670 °C/3,038 °F。

铋含量在30%到75%之间的铅铋合金，其熔点均低于200 °C/392 °F。铋含量在48%到63%之间的铅铋合金，其熔点低于150 °C/302 °F。铅熔化时会稍微膨胀，铋熔化时会稍微收缩，而铅铋合金熔化时的体积变化微不足道。

历史

在整个冷战期间，苏联705型核潜艇使用铅铋合金作为核反应堆的冷却剂。

俄罗斯人是公认的铅铋冷却反应堆专家，液压机实验设计局（VVER型轻水反应堆的俄罗斯研发公司）在它们的发展这一方面具有特殊的专业知识。SVBR-75/100反应堆是这类型的现代设计，是俄罗斯人在这技术上的广博经验的一个例子。

与洛斯阿拉莫斯国家实验室有联系的美国公司Gen4 Energy（旧称Hyperion Power Generation, Inc.），在2008年宣布设计并部署以氮化铀为燃料的小型模块化反应堆。它们用铅铋合金冷却，以进行商业发电、区域供暖和海水淡化。提议的反应堆称为第四代模组，计划为70 MW的密封模块化反应堆，首先在工厂里组装，然后运输到现场以便安装，最后运回工厂添加燃料。

优点

与钠基液态金属冷却剂，如液态钠和钠钾合金（NaK）等相比，铅基冷却剂沸点较高，因此反应堆在高温下运行时，就不用担心冷却剂沸腾。这可以提升反应堆的热效率，并且可以通过热化学过程氢气的生产。

铅与铅铋合金不会容易与水和空气反应。钠和钠钾合金反之，它们会在空气中自燃，可以和水发生爆炸性反应。因此，以铅或铅铋合金为冷却剂的反应堆，不像以钠或钠钾合金为冷却剂的反应堆一样，不需要中间冷却剂回路，从而减少兴建核电厂的投资资金。

铅和铋都是良好的辐射屏蔽物，它们可以阻挡γ辐射，也几乎不受中子影响。相反，钠受到强烈的中子辐射后会形成强大的γ辐射体钠-24（半衰期15小时），所以基本冷却回路需要强有力的辐射屏蔽物。

铅和铋作为较重的原子核，可以用作非裂变中子生产的散裂目标，如在放射性废物的加速嬗变。(参见能量放大器，一种核反应堆)

另一个优点是，铅基和钠基冷却剂的沸点比水的高。因此，即使在高温下也无需将反应器加压。这可以提升反应堆的安全性，因为它大幅减少发生冷却剂流失事故的机会。它也可以用来制作被动安全设计。

限制

铅和铅铋合金对钢的腐蚀性较钠的高，出于安全考虑，这对流过反应堆的冷却剂的流速设置了上限。此外，铅和铅铋合金熔点高（铅：327 °C，铋：123.5 °C），所以反应堆在低温下运行时，冷却剂的凝固可能会构成更大的问题。

最后，铋-209（用于铅铋合金冷却剂中的铋的主要稳定同位素）一旦受到中子辐射，就会经过中子捕获以及后来发生的β衰变，形成钋-210。钋-210是一种强大的α辐射体。在更换核燃料和处理与铅铋合金接触的组件时，如果钋出现在冷却剂，就需要特别的预防措施以控制放射性污染。

参见

• 核安全
• 次临界反应堆
• 核反应堆冷却剂