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中国全面掌握快堆核心技术 一隐患不可忽视

科技 rock 9971℃ 2评论

12月15日,我国第一座钠冷快中子反应堆——中国实验快堆首次达到100%功率,向快堆商业化迈出了重要一步。这个好消息的确令关心中国核工业发展的人们振奋,但也让不少网友对中国核能建设产生了一些过于乐观的想法。

快堆的全称是快中子增殖反应堆,也就是堆芯中核燃料裂变反应主要由平均能量为0.1Mev以上的快中子引起的反应堆,主要特点是在消耗核燃料(钚-239)的同时,产生多于消耗的核燃料(钚-239裂变放出快中子,铀-238吸收后变为铀-239,铀-239经过几次衰变后转化为钚-239),真正做到核燃料越烧越多,核废料越烧越少。如果在发展热堆核电站的同时,匹配的发展快堆核电站,热堆生产的工业钚可以作为快堆的初装料,快堆运行时消耗铀-238,增殖核燃料钚。这样,两种堆型匹配发展,并封闭核燃料循环,可将铀资源的利用率从单纯发展热堆的1%左右提高到60%~70%。

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所谓快堆并不是什么新鲜事物,从上世纪四十年代就开始起步研究,只比热堆晚出现四年,而且第一座实现核能发电的就是快堆。(1942年12月2日,美国科学家费米在芝加哥的一个地下实验室里,用石墨和碳棒建立了世界上第一个可控制的核反应堆。1946年美国就建成世界上第一座实验性快中子反应堆即热功率25千瓦的克来门汀 Clementine。)但是半个多世纪后,快堆仍然停留在实验堆的基础上,还未发展到商用阶段。这主要是因为在技术上快堆比热堆难度要大得多。

快堆堆芯与一般的热堆堆芯不同,分为燃料区和增殖再生区两部分。由于堆内要求的中子能量较高,所以快堆中无需特别添加慢化中子的材料,即快堆中无慢化剂。目前快堆中的冷却剂主要有两种:液态金属钠或氦气。世界上现有的、正在建造的和计划建造的都是钠冷快堆。钠的缺点是化学性质活泼,易与氧和水起化学反应。所以在使用钠时要采取严格的防范措施,这比热堆中用水作为冷却剂的问题要复杂得多。由于安全控制难度及运行成本太高,所以其他国家对快堆大规模投入实际应用很谨慎,还没有一个实现了对传统热堆的替代。

我国的快堆研究始于1965年,1995才进入设计实验验证阶段。在快堆技术探索的道路上,日本、印度、法国、美国、俄罗斯等国已经走得很远。1967年,法国建成名为“狂想曲”的热功率为4万千瓦的反应堆。1974年,25万千瓦的快中子反应堆投入运行。1980年,苏联建成电功率60万千瓦的快中子实验反应堆,有着相当于秦山核电站的二期工程的发电量。1985年法、德、意三国建成的功率120千瓦的经济验证快堆Superhenix-1。同年,印度在法国人的帮助下建立试验热中子反应堆。1994年日本建成的功率31.8万千瓦的文殊(Monju)原形快堆。

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按照规划,我国快堆工程发展分三步走,实验快堆是发展的第一步,第二步是设计、建造和运行电功率60万千瓦以上的中国原型或示范快堆,将于2020年建成运行。第三步是建设100-150万千瓦电功率大型高增殖商用快堆核电站,预计2025年建成,2030-2035年批量建造推广。参照其他国家快堆发展的历史经验来看,这个规划难免有些过于乐观了。

根据国家“清洁能源重大工程包”的介绍,近期能源建设的重点是西南水电和沿海核电。目前国内运行核电机组21台,装机容量1902万千瓦,在建核电机组27台,装机容量2953万千瓦,在世界在建机组数量上排第一位。能源发展“十三五”规划再次加码,到2020年核电运行装机容量达到5800万千瓦、在建规模达3000万千瓦。如此大规模新建热堆,原料瓶颈和环境隐患问题是无法回避的。如果快堆的商业化进程出现重大延迟,那么每年数以万吨计的新增铀原料需求和核废料怎么解决?这个隐患不可忽视。

北纬40°作者赐稿 文 | 东风

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(2)个小伙伴在吐槽
  1. 核电不应发展太多!
    匿名2014-12-20 09:28 回复
    • 理由呢?
      ywz2014-12-22 09:00 回复