铅铋合金

铅铋共晶或 LBE 是铅 (44.5 at%) 和铋 (55.5 at%) 的共晶合金，在某些核反应堆中用作冷却剂，并且是铅冷快堆的拟议冷却剂，是 Generation 的一部分 IV 反应器倡议。它的熔点为 123.5 °C/255.3 °F（纯铅在 327 °C/621 °F 下熔化，纯铋在 271 °C/520 °F 下熔化），沸点为 1,670 °C/ 3,038°F。

铋含量在 30% 至 75% 之间的铅铋合金的熔点均低于 200 °C/392 °F。铋含量在 48% 至 63% 之间的合金的熔点均低于 150 °C/302 °F。而铅会略微膨胀 在熔化时，铋在熔化时略有收缩，LBE 在熔化时体积变化可以忽略不计。

阿尔法级潜艇使用 LBE 作为其核反应堆的冷却剂。

俄罗斯人是公认的铅铋冷却反应堆专家，OKB Gidropress（VVER 型轻水反应堆的俄罗斯开发商）在其开发方面拥有特殊的专业知识。 SVBR-75/100 是这种类型的现代设计，是俄罗斯在这项技术方面拥有丰富经验的一个例子。

Gen4 Energy（前身为 Hyperion Power Generation）是一家与洛斯阿拉莫斯国家实验室有联系的美国公司，它于 2008 年宣布计划设计和部署一个以氮化铀为燃料的小型模块化反应堆，该反应堆由铅铋共晶冷却，用于商业发电、区域供热和脱盐。 拟议的反应堆称为 Gen4 模块，计划作为密封模块化类型的 70 MWth 反应堆，在工厂组装并运输到现场进行安装，然后运回工厂进行燃料补给。

与液态钠或 NaK 等钠基液态金属冷却剂相比，铅基冷却剂的沸点要高得多，这意味着反应堆可以在更高温度下运行而没有冷却剂沸腾的风险。 这提高了热效率，并可能允许通过热化学过程生产氢气。

铅和 LBE 也不易与水或空气发生反应，而钠和 NaK 在空气中会自燃并与水发生爆炸性反应。 这意味着铅冷却或 LBE 冷却反应堆与钠冷却设计不同，不需要中间冷却剂回路，从而减少了工厂所需的资本投资。

铅和铋也是极好的辐射屏蔽物，吸收伽马辐射同时对中子几乎透明。 相比之下，钠在强烈的中子辐射后形成强效伽马发射体 sodium-24（半衰期 15 小时），主冷却回路需要大型辐射屏蔽。

作为重核，铅和铋可用作非裂变中子产生的散裂靶，如废物的加速器嬗变（参见能量放大器）。

与水相比，铅基和钠基冷却剂都具有沸点相对较高的优势，这意味着即使在高温下也无需对反应堆加压。 这提高了安全性，因为它降低了冷却剂损失事故 (LOCA) 的可能性，并允许进行被动安全设计。 温差越大，热力循环（卡诺循环）的效率也越高。 然而，较高温度的缺点也是 LBE 中金属结构部件的腐蚀速率较高，因为它们在液态 LBE 中的溶解度随温度升高（形成汞齐）和液态金属脆化。

铅和 LBE 冷却剂比钠对钢的腐蚀性更强，出于安全考虑，这对冷却剂流过反应堆的速度设置了上限。此外，铅和 LBE 的熔点较高（分别为 327 °C 和 123.5 °C）可能意味着当反应堆在较低温度下运行时，冷却剂的凝固可能是一个更大的问题。

最后，在中子辐射后，LBE 冷却剂中铋的主要同位素铋 209 经历中子俘获和随后的 β 衰变，形成强效 α 发射体钋 210。 如果冷却剂中存在放射性钋，则需要采取特殊的预防措施，以在反应堆补给燃料和处理与 LBE 接触的部件期间控制 α 污染。