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中国实验快堆:当好四代核电的“模范生”
文章来源:中国核工业报 日期:2017年10月12日

  位于中国原子能科学研究院的中国实验快堆(CEFR)一直是社会各界瞩目的焦点。“每年都会有相关的政府机构、协作单位、访问团体甚至一批批学生到这里参观。仅在今年6月,就有国家环保部、能源局、国防科工局等上级主管部门的领导前来调研参观。”原子能院反应堆工程技术研究部主任杨红义表示:“这不仅是对实验快堆取得成绩的肯定,更是对我国核科学事业发展的高度关注。”

  作为世界先进的第四代核电技术,实验快堆不仅技术先进安全,对我国快堆和第四代核电技术的发展具有重要意义,而且产生了广泛的社会效应。党的十八大以来,我国核事业砥砺奋进,实验快堆也在成功临界的基础上继续开展科研工作,妥妥地成为了第四代核电技术里的“模范生”。

  “模范生”的软硬实力

  中国实验快堆是国家高技术研究发展计划(863计划)支持的重大科研工程项目。虽然顶着“高科技”“核技术”的名头,但近距离接触过它的人可不算少。仅从今年年初到现在,实验快堆就已经接待了86批次、2200多人次的参观。来到这里,除了能近距离认识、了解快堆的技术特点、重要意义和良好的安全性以外,还能增强大家对“核”的认识。实验快堆正在为“核”的发展营造良好氛围。

  当然,实验快堆的软实力来自于杠杠的硬实力。因为具有良好的增殖和嬗变特性,快堆在核工业全产业链中具有非常重要的作用,是闭式燃料循环的重要环节。由于快堆中快中子具有的增殖优点,基于快堆的先进燃料循环系统可以使铀资源的利用率提高到60%~70%,从而可将人类利用核能的时间从上百年延长到数千年。

  快堆可以通过嬗变将一些长寿命的核素和裂变产物转变为相对短寿命的核素。研究表明,一座1GWe的快堆可以“烧掉”10座同等功率压水堆产生的长寿命次锕系核素。因此,快堆可以使核能的发展更加可持续。

  我国从上世纪60年代就开始发展快堆技术,先后经历了基础技术研究、应用技术研究阶段,从上世纪九十年代开始进行工程技术研究,启动了第一座快堆——中国实验快堆的研制工作,该项目于2010年7月21日实现首次临界,并开始进行相关实验工作。

  党的十八大以来,实验快堆又完成了一系列重要节点:2014年3月14日,实验快堆开始动力启动的调试工作;2014年12月15日首次达到满功率,18日首次实现满功率稳定运行72小时,标志着实验快堆动力启动阶段的调试任务基本完成,并达到设计指标;2016年1月23日,实验快堆完成了长期功率运行试验任务,标志着其具备了连续稳定运行的能力;2016年9月,实验快堆竣工验收完成,标志着这一国家重大专项圆满结束。几年间,经过对实验快堆的设计、建设、调试、运行,我国已经基本掌握了实验快堆技术,具备了开始大型快堆电站研究开发的基础。

  即使是在经济方面,实验快堆的效益也有初步体现。自运行以来,实验快堆已经累计发电1574万千瓦时,其中1110万千瓦时供入华北电网,其他为原子能院自用。

  “模范生”的传帮带

  为了核电的安全、高效、可持续发展,我国确定了“压水堆-快堆-聚变堆”的核能发展“三步走”战略,快堆是其中的重要一环。而在我国发展快堆的“实验快堆-示范快堆-商用快堆”技术路线中,实验快堆是开局的第一步,走好这一步对快堆技术未来的发展起到了至关重要的作用。

  “目前,国际上掌握快堆技术的国家主要有俄罗斯、美国、法国、日本等。我们通过实验快堆项目积累了钠冷快堆的设计建造经验,未来还将通过示范快堆项目实现我国钠冷快堆技术的进一步提升。”中核集团快堆核电站技术领域首席专家、中国工程院院士徐銤介绍。作为当今世界上仅有的4座实验快堆之一,中国实验快堆的功能和应用范围正在扩展,显现出越来越大的作用和越来越重要的地位。

  原子能院的实验快堆既是我国唯一的快堆技术试验、应用、研发平台,也是我国开展闭式燃料循环技术研发的主要设施之一,用于材料辐照考验、燃料辐照考验、同位素生产、国产化设备仪表考验、示范快堆核电站运行人员培训、运行维护技术研究等方面。目前已经在示范快堆燃料与材料方面开展了相关的辐照考验工作,并与美国、法国讨论了为其它国家进行辐照考验的工作计划。

  近年来,通过实验快堆项目的实施,我国已经陆续掌握了池式钠冷快堆的核心工艺技术,包括钠冷快堆的反应堆物理、热工设计等关键技术;掌握了钠冷却剂的物理化学特性,掌握了钠净化、处理等技术,建设了核级钠的生产能力;提供了燃料和材料辐照考验的设施,为自主研发快堆燃料和材料提供了实验基础;积累了快堆系统和设备运行经验,例如钠系统、氩气系统、钠水直流式蒸汽发生器等。

  除了这些,实验快堆项目还培养了一大批专业的设计人员和运行人员。“人才永远是事业兴旺的关键。”原子能院院长万钢说,“实验快堆项目在核工业的困难时期保住了快堆队伍,培养了高水平人才,为我国快堆事业的发展奠定了技术基础和组织基础。”

  “钠冷快堆是第四代核电技术中最成熟的堆型,率先发展钠冷快堆,对我国迅速抢占核电技术制高点意义重大。目前我国正在研究的行波堆、ADS、铅(铋)快堆等,都直接利用了实验快堆项目的技术和人才积累,从而使我国有可能在短时间内突破关键技术,取得跨越式发展。”原子能院副总工程师张东辉介绍说。

  据了解,目前我国的行波堆项目由原子能院的快堆团队直接参与,在国内承担主要技术责任,同时还向项目输送了一批人才。在ADS、铅(铋)快堆等项目的策划、设计研发工作中,也有原子能院快堆团队的参与。

  “最重要的还是中国实验快堆的建成大大增强了我们独立自主设计开发新堆型的自信心。”杨红义说。

  “模范生”的再创新

  从快堆技术的早期预先研究,中国实验快堆的设计、建造与运行,到中国示范快堆的设计、研发,再到中国商用快堆的预先研究,中国的快堆技术在发展中,走出了自己独特的技术路线与技术体系。

  我国快堆始终坚持将反应堆安全作为发展的生命线。无论是实验快堆设计还是示范快堆设计,都将反应堆安全作为最关键的因素予以考虑。实验快堆拥有非常好的固有安全性,对于公众和环境的影响远远低于国家标准规定,而示范快堆在其基础上更进一步增加了安全系统的配置数量和能力,进一步保证了其安全水平。

  我国快堆重视技术的继承性,有效加快了研发进度。我国在实验快堆项目之后直接开展了示范快堆的工程设计研发。在很多重要的技术方案上,例如池式结构、氧化物燃料、连接一回路的非能动余热排出系统等方面,我国快堆都保持了设计思路的一致性。这种一致性有效降低了设计与研发风险,加快了设计与研发进度。

  我国快堆充分借鉴了国外成熟经验,提升了自主化水平。我国快堆技术虽然研发启动早,但设计与建造工作开始较晚。为加快发展速度,我国充分向国外先进国家学习,明确了在设计中需要攻关的重点问题。现在看来,中国实验快堆虽然建成时间比美国、法国、英国、日本以及俄罗斯等国都要晚,但是其自运行以来主要设备表现良好,未出现重大需要整改的设计问题。

  目前实验快堆已经完成了上一个阶段的功率启动试验运行任务,也完成了第一阶段的大修工作,系统和设备状态良好,具备再次启动和功率运行的条件。

  “党的十八大以来的五年时间里,实验快堆取得了重大的进展和突破,基本达到了‘建立装置、掌握技术、培养人才、开展实验’的建堆目标,完成了全部调试任务,实现了满功率运行,并且开展了相关试验工作。”万钢说:“未来其还将在实施核电‘三步走’战略中发挥更大作用。”(高玥)

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