12月15日，我國第一座鈉冷快中子反應(yīng)堆——中國實驗快堆首次達到100%功率，向快堆商業(yè)化邁出了重要一步。這個好消息的確令關(guān)心中國核工業(yè)發(fā)展的人們振奮，但也讓不少網(wǎng)友對中國核能建設(shè)產(chǎn)生了一些過于樂觀的想法。

快堆的全稱是快中子增殖反應(yīng)堆，也就是堆芯中核燃料裂變反應(yīng)主要由平均能量為0.1Mev以上的快中子引起的反應(yīng)堆，主要特點是在消耗核燃料（钚-239）的同時，產(chǎn)生多于消耗的核燃料（钚-239裂變放出快中子，鈾-238吸收后變?yōu)殁?239，鈾-239經(jīng)過幾次衰變后轉(zhuǎn)化為钚-239），真正做到核燃料越燒越多，核廢料越燒越少。如果在發(fā)展熱堆核電站的同時，匹配的發(fā)展快堆核電站，熱堆生產(chǎn)的工業(yè)钚可以作為快堆的初裝料，快堆運行時消耗鈾-238，增殖核燃料钚。這樣，兩種堆型匹配發(fā)展，并封閉核燃料循環(huán)，可將鈾資源的利用率從單純發(fā)展熱堆的1％左右提高到60％～70％。

中國實驗快堆

所謂快堆并不是什么新鮮事物，從上世紀四十年代就開始起步研究，只比熱堆晚出現(xiàn)四年，而且第一座實現(xiàn)核能發(fā)電的就是快堆。（1942年12月2日，美國科學(xué)家費米在芝加哥的一個地下實驗室里，用石墨和碳棒建立了世界上第一個可控制的核反應(yīng)堆。1946年美國就建成世界上第一座實驗性快中子反應(yīng)堆即熱功率25千瓦的克來門汀 Clementine。）但是半個多世紀后，快堆仍然停留在實驗堆的基礎(chǔ)上，還未發(fā)展到商用階段。這主要是因為在技術(shù)上快堆比熱堆難度要大得多。

快堆堆芯與一般的熱堆堆芯不同，分為燃料區(qū)和增殖再生區(qū)兩部分。由于堆內(nèi)要求的中子能量較高，所以快堆中無需特別添加慢化中子的材料，即快堆中無慢化劑。目前快堆中的冷卻劑主要有兩種：液態(tài)金屬鈉或氦氣。世界上現(xiàn)有的、正在建造的和計劃建造的都是鈉冷快堆。鈉的缺點是化學(xué)性質(zhì)活潑，易與氧和水起化學(xué)反應(yīng)。所以在使用鈉時要采取嚴格的防范措施，這比熱堆中用水作為冷卻劑的問題要復(fù)雜得多。由于安全控制難度及運行成本太高，所以其他國家對快堆大規(guī)模投入實際應(yīng)用很謹慎，還沒有一個實現(xiàn)了對傳統(tǒng)熱堆的替代。

我國的快堆研究始于1965年，1995才進入設(shè)計實驗驗證階段。在快堆技術(shù)探索的道路上，日本、印度、法國、美國、俄羅斯等國已經(jīng)走得很遠。1967年，法國建成名為“狂想曲”的熱功率為4萬千瓦的反應(yīng)堆。1974年，25萬千瓦的快中子反應(yīng)堆投入運行。1980年，蘇聯(lián)建成電功率60萬千瓦的快中子實驗反應(yīng)堆，有著相當(dāng)于秦山核電站的二期工程的發(fā)電量。1985年法、德、意三國建成的功率120千瓦的經(jīng)濟驗證快堆Superhenix-1。同年，印度在法國人的幫助下建立試驗熱中子反應(yīng)堆。1994年日本建成的功率31.8萬千瓦的文殊（Monju）原形快堆。

按照規(guī)劃，我國快堆工程發(fā)展分三步走，實驗快堆是發(fā)展的第一步，第二步是設(shè)計、建造和運行電功率60萬千瓦以上的中國原型或示范快堆，將于2020年建成運行。第三步是建設(shè)100－150萬千瓦電功率大型高增殖商用快堆核電站，預(yù)計2025年建成，2030－2035年批量建造推廣。參照其他國家快堆發(fā)展的歷史經(jīng)驗來看，這個規(guī)劃難免有些過于樂觀了。

根據(jù)國家“清潔能源重大工程包”的介紹，近期能源建設(shè)的重點是西南水電和沿海核電。目前國內(nèi)運行核電機組21臺，裝機容量1902萬千瓦，在建核電機組27臺，裝機容量2953萬千瓦，在世界在建機組數(shù)量上排第一位。能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃再次加碼，到2020年核電運行裝機容量達到5800萬千瓦、在建規(guī)模達3000萬千瓦。如此大規(guī)模新建熱堆，原料瓶頸和環(huán)境隱患問題是無法回避的。如果快堆的商業(yè)化進程出現(xiàn)重大延遲，那么每年數(shù)以萬噸計的新增鈾原料需求和核廢料怎么解決？這個隱患不可忽視。

北緯40°作者賜稿 文 | 東風(fēng)

轉(zhuǎn)載請注明：北緯40° » 中國全面掌握快堆核心技術(shù) 一隱患不可忽視