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中國實驗快堆:當好四代核電的“模范生”

瀏覽:7417 時間:2017-10-16

位于中國原子能科學研究院的中國實驗快堆(CEFR)一直是社會各界矚目的焦點?!懊磕甓紩邢嚓P的政府機構、協作單位、訪問團體甚至一批批學生到這里參觀。僅在今年6月,就有國家環保部、能源局、國防科工局等上級主管部門的領導前來調研參觀?!痹幽茉悍磻压こ碳夹g研究部主任楊紅義表示:“這不僅是對實驗快堆取得成績的肯定,更是對我國核科學事業發展的高度關注?!?br />
作為世界先進的第四代核電技術,實驗快堆不僅技術先進安全,對我國快堆和第四代核電技術的發展具有重要意義,而且產生了廣泛的社會效應。黨的十八大以來,我國核事業砥礪奮進,實驗快堆也在成功臨界的基礎上繼續開展科研工作,妥妥地成為了第四代核電技術里的“模范生”。

“模范生”的軟硬實力

中國實驗快堆是國家高技術研究發展計劃(863計劃)支持的重大科研工程項目。雖然頂著“高科技”“核技術”的名頭,但近距離接觸過它的人可不算少。僅從今年年初到現在,實驗快堆就已經接待了86批次、2200多人次的參觀。來到這里,除了能近距離認識、了解快堆的技術特點、重要意義和良好的安全性以外,還能增強大家對“核”的認識。實驗快堆正在為“核”的發展營造良好氛圍。

當然,實驗快堆的軟實力來自于杠杠的硬實力。因為具有良好的增殖和嬗變特性,快堆在核工業全產業鏈中具有非常重要的作用,是閉式燃料循環的重要環節。由于快堆中快中子具有的增殖優點,基于快堆的先進燃料循環系統可以使鈾資源的利用率提高到60%~70%,從而可將人類利用核能的時間從上百年延長到數千年。

快堆可以通過嬗變將一些長壽命的核素和裂變產物轉變為相對短壽命的核素。研究表明,一座1GWe的快堆可以“燒掉”10座同等功率壓水堆產生的長壽命次錒系核素。因此,快堆可以使核能的發展更加可持續。

我國從上世紀60年代就開始發展快堆技術,先后經歷了基礎技術研究、應用技術研究階段,從上世紀九十年代開始進行工程技術研究,啟動了第一座快堆——中國實驗快堆的研制工作,該項目于2010年7月21日實現首次臨界,并開始進行相關實驗工作。

黨的十八大以來,實驗快堆又完成了一系列重要節點:2014年3月14日,實驗快堆開始動力啟動的調試工作;2014年12月15日首次達到滿功率,18日首次實現滿功率穩定運行72小時,標志著實驗快堆動力啟動階段的調試任務基本完成,并達到設計指標;2016年1月23日,實驗快堆完成了長期功率運行試驗任務,標志著其具備了連續穩定運行的能力;2016年9月,實驗快堆竣工驗收完成,標志著這一國家重大專項圓滿結束。幾年間,經過對實驗快堆的設計、建設、調試、運行,我國已經基本掌握了實驗快堆技術,具備了開始大型快堆電站研究開發的基礎。

即使是在經濟方面,實驗快堆的效益也有初步體現。自運行以來,實驗快堆已經累計發電1574萬千瓦時,其中1110萬千瓦時供入華北電網,其他為原子能院自用。

“模范生”的傳幫帶

為了核電的安全、高效、可持續發展,我國確定了“壓水堆-快堆-聚變堆”的核能發展“三步走”戰略,快堆是其中的重要一環。而在我國發展快堆的“實驗快堆-示范快堆-商用快堆”技術路線中,實驗快堆是開局的第一步,走好這一步對快堆技術未來的發展起到了至關重要的作用。

“目前,國際上掌握快堆技術的國家主要有俄羅斯、美國、法國、日本等。我們通過實驗快堆項目積累了鈉冷快堆的設計建造經驗,未來還將通過示范快堆項目實現我國鈉冷快堆技術的進一步提升?!敝泻思瘓F快堆核電站技術領域首席專家、中國工程院院士徐銤介紹。作為當今世界上僅有的4座實驗快堆之一,中國實驗快堆的功能和應用范圍正在擴展,顯現出越來越大的作用和越來越重要的地位。

原子能院的實驗快堆既是我國唯一的快堆技術試驗、應用、研發平臺,也是我國開展閉式燃料循環技術研發的主要設施之一,用于材料輻照考驗、燃料輻照考驗、同位素生產、國產化設備儀表考驗、示范快堆核電站運行人員培訓、運行維護技術研究等方面。目前已經在示范快堆燃料與材料方面開展了相關的輻照考驗工作,并與美國、法國討論了為其它國家進行輻照考驗的工作計劃。

近年來,通過實驗快堆項目的實施,我國已經陸續掌握了池式鈉冷快堆的核心工藝技術,包括鈉冷快堆的反應堆物理、熱工設計等關鍵技術;掌握了鈉冷卻劑的物理化學特性,掌握了鈉凈化、處理等技術,建設了核級鈉的生產能力;提供了燃料和材料輻照考驗的設施,為自主研發快堆燃料和材料提供了實驗基礎;積累了快堆系統和設備運行經驗,例如鈉系統、氬氣系統、鈉水直流式蒸汽發生器等。

除了這些,實驗快堆項目還培養了一大批專業的設計人員和運行人員?!叭瞬庞肋h是事業興旺的關鍵?!痹幽茉涸洪L萬鋼說,“實驗快堆項目在核工業的困難時期保住了快堆隊伍,培養了高水平人才,為我國快堆事業的發展奠定了技術基礎和組織基礎?!?br />
“鈉冷快堆是第四代核電技術中最成熟的堆型,率先發展鈉冷快堆,對我國迅速搶占核電技術制高點意義重大。目前我國正在研究的行波堆、ADS、鉛(鉍)快堆等,都直接利用了實驗快堆項目的技術和人才積累,從而使我國有可能在短時間內突破關鍵技術,取得跨越式發展?!痹幽茉焊笨偣こ處煆垨|輝介紹說。

據了解,目前我國的行波堆項目由原子能院的快堆團隊直接參與,在國內承擔主要技術責任,同時還向項目輸送了一批人才。在ADS、鉛(鉍)快堆等項目的策劃、設計研發工作中,也有原子能院快堆團隊的參與。

“最重要的還是中國實驗快堆的建成大大增強了我們獨立自主設計開發新堆型的自信心?!睏罴t義說。

“模范生”的再創新

從快堆技術的早期預先研究,中國實驗快堆的設計、建造與運行,到中國示范快堆的設計、研發,再到中國商用快堆的預先研究,中國的快堆技術在發展中,走出了自己獨特的技術路線與技術體系。

我國快堆始終堅持將反應堆安全作為發展的生命線。無論是實驗快堆設計還是示范快堆設計,都將反應堆安全作為最關鍵的因素予以考慮。實驗快堆擁有非常好的固有安全性,對于公眾和環境的影響遠遠低于國家標準規定,而示范快堆在其基礎上更進一步增加了安全系統的配置數量和能力,進一步保證了其安全水平。

我國快堆重視技術的繼承性,有效加快了研發進度。我國在實驗快堆項目之后直接開展了示范快堆的工程設計研發。在很多重要的技術方案上,例如池式結構、氧化物燃料、連接一回路的非能動余熱排出系統等方面,我國快堆都保持了設計思路的一致性。這種一致性有效降低了設計與研發風險,加快了設計與研發進度。

我國快堆充分借鑒了國外成熟經驗,提升了自主化水平。我國快堆技術雖然研發啟動早,但設計與建造工作開始較晚。為加快發展速度,我國充分向國外先進國家學習,明確了在設計中需要攻關的重點問題?,F在看來,中國實驗快堆雖然建成時間比美國、法國、英國、日本以及俄羅斯等國都要晚,但是其自運行以來主要設備表現良好,未出現重大需要整改的設計問題。

目前實驗快堆已經完成了上一個階段的功率啟動試驗運行任務,也完成了第一階段的大修工作,系統和設備狀態良好,具備再次啟動和功率運行的條件。

“黨的十八大以來的五年時間里,實驗快堆取得了重大的進展和突破,基本達到了‘建立裝置、掌握技術、培養人才、開展實驗’的建堆目標,完成了全部調試任務,實現了滿功率運行,并且開展了相關試驗工作?!比f鋼說:“未來其還將在實施核電‘三步走’戰略中發揮更大作用?!?br />

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