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第四代堆在中国

已有 7445 次阅读 2010-11-13 14:22 |个人分类:生活点滴|系统分类:科普集锦| 第四代堆在中国

第四代堆在中国

1999年美国提出第四代堆概念,20001月,在美国能源部倡议下组建了第四代核能国际论坛(GIF),于20017月签订了合约共同合作研究开发第四代核能系统。GIF成员国包括英国、巴西、阿根廷、南非、韩国、日本、法国、加拿大。20025月在巴黎举行的研讨会上选定了六种反应堆作为第四代核能系统有限发展的对象,六种堆型包括:气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水堆和超高温堆。

经我国国务院批准并应GIF政策小组邀请,由科技部牵头组团,外交部、国家原子能委员会等部门和单位参加的中国代表团赴美参加了2006712-13日在华盛顿召开的GIF政策组会议例会,并在会上做中国申请加入GIF的陈述报告。

六种第四代堆型早在伴随核能发展就有一些研究,现在重新提出不单单研究反应堆,而是把安全性、经济性、燃料循环和废物处理等作为一个系统研究。

钠冷快堆技术相对比较成熟,全世界有300堆年的运行经验,中国原子能科学院也建造了中国实验快堆(CEFR)并于2010年达到临界。由于快堆中没有慢化剂,燃料富集度高,可以解决核废料问题,并且可以烧铀238和钍232,这样我们可以应用的核燃料就扩大了1000倍。快堆面临的问题包括控制、混合氧化物(MOX)燃料制造以及钠的密封安全 等多方面的问题,CEFRMOX燃料也是从俄罗斯进口的。

铅(铅-铋)冷快堆目前还处于基础研究阶段,没有成套的建造设备,中国目前还未听说有铅冷快堆的相关计划,但是对铅(铅-铋)作为冷却剂却有部分研究,其中之一是用作ADS的散裂中子源的靶冷却。

气冷快堆还处于概念研究,但是我国这方面的工作不过,涉及到的相关工作都是清华大学高温气冷堆和中国实验快堆的一些交叉研究,气冷快堆与高温气冷堆相比在于前者没有石墨做慢化剂。

熔盐堆最早开始于50年代美国橡树岭实验室的飞行器反应堆实验,在1965-1969年期间运行了8MWMSRE熔盐堆,项目停止后全世界再未有听说相关工程项目计划,但是科学研究却愈来愈热,熔盐堆尤其受到民间的青睐。中国政府开始重视稀土资源,其中目的之一也是把钍用在核燃料中,中国科学院于201010月向国务院提交了创新2020计划,里面的先进裂变核能就包括钍熔盐堆和ADS嬗变计划。

超临界水堆是在普通压水堆基础上让冷却水处于超临界状态,这样可以提高热电转换效率。我国目前超临界水堆有几家单位承担了973的项目进行概念研究,包括清华大学、上海交大、原子能院、北京科技大学、华北电力大学、核动力院、南华大学等。

超高温堆的温度比普通反应堆的要高,高温可以提高热利用率,进行核能制氢等。清华大学的高温气冷堆开始于上世纪70年代,并且最近在山东威海建造200MW的示范电站。高温气冷堆和中国实验快堆工程的进展标志着我国进入第四代堆的门槛,但是要真正实现商用,还有很长的路要走,配套的工业体系也有待完善。

顺便提一下加速器驱动次临界系统(ADS),它不属于第几代堆型,最早概念在上世纪50年代都提出来了。加速器和反应堆的结合,可以与任意反应堆结合,只要克服相关科学问题即可。我国原子能科学院和高能所共同承担的加速器驱动次临界核能系统项目获得了两期973的支持,建造了启明星1#零功率次临界堆,采用的是D-T反应中子源。目前高能所在做散裂中子源的相关研究,一些结果也可以用到ADS的中子源上来。同时中科院的创新2020中提到了要用ADS做嬗变,估计相关项目应该会很快上马。

不管是第四代核能系统还是ADS,面临的共同问题包括材料在极端条件(高温、高压、高辐照)下的稳定性、化学、废物处理、控制和计算等问题,配套工业体系也还未完全建立。对于我国来说具有完全自主知识产权的在国际上有影响力的计算软件还拿不出来,从软件到硬件的一些关键设备都需要进口。因此要从科技大国到科技强国的转变,要实现创新型国家的规划,中国的科技人员和科技管理人员以及政治家们还需要不懈的努力!

 



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1 杨华磊

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