在燃铀热中子反应堆中，所耗掉的大部分为铀一235，只有一小部分是铀一238。一般而言，在反应堆中被耗掉的不到最初用于制造燃料的天然铀重量的百分之一。然而，如果铀一238的原子核转换成钚，它就能提供和铀一235原子核一样多的能量。甚至在最初的反应堆设计中，工程师和物理学家就关注过更好地利用被认为资源有限的原材料。这个目标可以在快中子反应堆中得以实现。

    在这种反应堆中，目标是激励铀一238俘获中子。矛盾的是，因降低铀一238份额(相对慢中子反应堆所含分额而言)

将使该目标受到影响。这种降低是必须的，因为要维持链式反应，就要求易裂变材料的浓缩度更高：在“超凤凰”(Super—phenix)反应堆堆芯的活性区内，约15％氧化钚，对应85％氧化铀(铀一238)。在这种情况下，低浓缩燃料所要求的中子慢

化剂已不再需要，相反，为促进铀一238俘获中子并转换为钚，必须避免中子的慢化。为促进俘获和转换为钚，发生裂变的中央堆芯用铀一  238转换层包围起来，以便能够吸收逸出堆芯的中子。这种反应堆的依靠高能中子运行，中子速度比慢中子反应堆迅速。这就是把它们称为快中子堆的缘故。由于铀一238可以转换为钚，所以还把它们称为增殖堆。

    人们称之为“增殖堆”的另一意义是，它能用铀一238生产钚。每次钚一239原子核裂变，可放出三个中子。其中一个中子去分裂另一个钚原子核，以维持链式反应。第二个中子被铀一238俘获，取代起初被耗掉的钚原子核，从而使反应堆增殖新的钚。尽管第三个中子有时被结构材料俘获而损失，但偶尔也被第二个铀一238核所吸收，这样，产生的钚比耗掉的就略有增加，即获得增殖增益。

    对快中子的需求，立即会得出如何对快堆冷却剂的选择时：轻水、重水和有机流体都不适用。尽管氦冷增殖堆的设计已有方案，但还没有一个付诸建造。目前投入运行的所有快中子增殖堆均用液态金属钠作为冷却剂。钠的选用出于其热性能的考虑：它在96℃时溶化，常压下约900度时沸腾，不侵蚀钢材，是良好的热导体。因此，只要有足以保证循环的压力，就可在500℃时利用钠。这种突出优点是其它堆型所不具有的。但是，钠与水发生反应可以产生氢及碳酸钠，并在空气中有可燃性。对此，必须采取特殊的设计预防措施。

    虽然钠在流经堆芯时只吸收少量中子，但仍具有很强的放射性，要求消除钠一水反应的所有风险，这种反应所形成的产物还能损坏燃料。为此，所有快中子增殖堆都设有一回路钠系统，由它带出堆芯热量，传输给同样充满钠的二回路系统。这样，即使发生二回路系统向一回路系统的泄漏(由于相对压力，不可能发生反向泄漏，也不致于发生两种流体间的化学反应。

    这些系统有两种设计结构。第一种与压水堆传热系统很相似。冷却剂环路连接到包含堆芯的充钠反应堆容器上。每一条环路都设一台泵和一台向二回路钠系统传输热量的热交换器。二回路钠系统延伸到安全壳结构之外，为加热沸腾蒸汽发生器中的水提供热量。

这种结构已被许多国家所采用。在美国，有三座现已停运的反应堆，即位于阿科(Arco)的EBR一1，底特律附近的恩利科·费米堆(EnricoFermi)和费耶特维尔(Fayetteville)的西南氧化物燃料实验快堆(Sefor)。还有1980年在汉福特运行的快通量试验装置(FFTF)及已放弃的克林奇河(ClinchRiver)项目。在苏联，有位于奥布宁斯克的BR5，麦列凯斯的BOR60，谢夫契柯(Shevchenko)的BN350。在英国，有位于唐瑞(Dounreay)的唐瑞快堆。在德国，有紧凑式卡尔斯鲁厄钠冷却装置试验堆和不久将试运行的SNR300堆。在日本，有近期开建的文殊(Monju)反应堆项目。在法国，有首座快中子增殖堆“狂想曲"(Rapsodie，又译拉普索迪)。

图：法国“超凤凰”堆厂房：这个1200兆瓦的快中于增殖堆位于罗纳河(Rhon River)畔的克霄斯马维尔(CreysMalville)。混凝土反应堆厂房作临时开孔，用于运入主要设备：主容器和安全容器、燃料贮存容器、顶盖平板、内部安全壳穹顶。图中前方所看到的金属穹顶将被置于顶盖平板上。

另一种结构为池式反应堆设计；一个大型反应堆容器包容着堆芯、主泵和中间钠一钠热交换器。在这种类型的反应堆中，如法国的“凤凰”(Phenix)和“超凤凰”堆，一回路钠不离开反应堆容器，它从底部由主泵唧送穿过燃料组件，在545℃时从顶部流出，然后被导人中间热交换器。在“超凤凰”堆的设计中，四台主泵中的每一台都相应装有两台热交换器。所有这些设备均被悬挂在反应堆顶盖上，即3米厚的钢和混凝土平板上。反应堆容器本身为直径22米、高10米的不锈钢结构，被包围在壁厚为35—50毫米的二次安全容器中。反应堆顶盖被钢制穹顶覆盖，整个组件置于混凝土安全壳结构之内。

图：快中子增殖堆：剖面图。

二回路钠或称中间钠，在反应堆容器内的热交换器中被加热，由安装在安全壳内的四台二回路泵使之循环，流经管道，进入毗邻安全壳的四个建筑物中的蒸汽发生器。蒸汽发生器由螺旋管构成，管内载有来自发电系统的水，管壁浸没在来自中间系统的钠中。此处是电厂中唯一由单层壁隔开钠和水的地方。为此，应用了纵深防御原则。首先是监测，即对热交换器中钠的氮气覆盖层样品连续进行含氢量分析。其次是事故响应，假如探测到泄漏，水系统可被隔离修复；若漏量很大，如管子断裂，则可通过操纵员手动或通过增加钠系统压力的方式自动将钠迅速排出。钠／氧化钠／蒸汽／氢混合物在沉降箱中沉积之后，氢可以被惰性气流夹带，并在过滤掉氧化钠烟雾之后被导人燃烧室燃烧。苏联的谢夫契柯反应堆，于1973年发生了严重事故，导致电厂长期停运。1982年“凤凰”(Phenix)堆发生了轻度事故，需要修理有关的设备。

与回路式结构相比，池式结构似乎更适合于较高功率容量。它已被法国采纳用于233兆瓦的“凤凰”电厂，克雷斯马维尔(Creys-Malville)的1200兆瓦“超凤凰"(Superphenix)堆，以及计划中的1500’兆瓦后续项目。采用池式结构的还有：英国254兆瓦的唐瑞(Dounreay)原型快中子反应堆(PFR)，日本的小型常阳(Joyo)堆，苏联550兆瓦的别洛雅尔斯克(Be1oyarsk)堆。

图：法国“凤凰”反应堆的顶板：这是位于马库尔（Marcoule）的233兆瓦快中子增殖堆。即使在反应堆运行期间，依然可以接近混凝顶盖板。背景所示为穿过顶盖板垂直移动燃料组件的装卸设备。