里程碑式重大進(jìn)展！我國鉛鉍零功率反應(yīng)堆首次實(shí)現(xiàn)臨界

　　科技日報(bào)記者 陳瑜

　　目前全世界400多座核電站的主力堆型叫熱堆，在熱堆中，鈾-235好比煤，鈾-238好比“廢料”煤矸石。遺憾的是，自然界中鈾-235的蘊(yùn)藏量僅占0.66%，其余絕大部分是鈾-238，占99.2%。

　　與熱堆的核燃料利用方式不同，快堆中常用的核燃料是钚-239，钚-239發(fā)生裂變時(shí)放出來的快中子會被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾-238吸收，又變成钚-239，從而使堆中核燃料變多，反應(yīng)開始循環(huán)持續(xù)下去，鈾資源的利用率可提高到60%—70%。這意味著相對較貧的鈾礦有了開采的價(jià)值。

　　快堆的另一個(gè)突出特點(diǎn)是核廢料越燒越少。熱堆反應(yīng)后的剩余物的放射性仍然很強(qiáng)，而這些核廢料在快堆反應(yīng)中經(jīng)過回收再利用以后，可降低放射性物質(zhì)的衰變期，從而大大減少核廢物處置量，因此快堆被公認(rèn)為第四代核電技術(shù)。

　　根據(jù)冷卻劑的類型，快堆一般又可分為氣冷快堆、鈉冷快堆和鉛/鉛鉍冷卻快堆。

　　目前快堆中，之前大家比較了解的是鈉冷快堆，中國工程院院士徐銤為之已經(jīng)努力了半個(gè)多世紀(jì)。

　　今天，我們要認(rèn)識的是另外一種快堆——鉛鉍冷卻快堆。

　　鉛鉍快堆與鈉冷快堆同屬于液態(tài)金屬冷卻快堆，不同的是，前者采用鉛鉍共晶合金作為冷卻劑。

　　記者12日從中核集團(tuán)中國原子能科學(xué)研究院12日獲悉，我國首座鉛鉍零功率反應(yīng)堆——啟明星Ⅲ號在該院實(shí)現(xiàn)首次臨界，并正式啟動我國鉛鉍快堆堆芯核特性物理實(shí)驗(yàn)。

　　啟明星III號鉛鉍零功率反應(yīng)堆控制室

　　這被認(rèn)為是我國在鉛鉍堆堆芯關(guān)鍵技術(shù)上取得里程碑式重大進(jìn)展。

　　瞄準(zhǔn)鉛鉍堆工程化重點(diǎn)難點(diǎn)問題

　　鉛鉍反應(yīng)堆及零功率實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人楊紅義告訴記者，零功率裝置是運(yùn)行功率極低（最高不超過100瓦）的反應(yīng)堆，以此獲取的零功率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如同“標(biāo)尺”一般，能夠?qū)﹃P(guān)鍵核數(shù)據(jù)、堆芯物理設(shè)計(jì)方法、反應(yīng)堆測量技術(shù)等的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行“標(biāo)定”。任何一種新型核能系統(tǒng)的研發(fā)過程，首先都通過研制相應(yīng)的零功率裝置，開展實(shí)驗(yàn)積累原始數(shù)據(jù)，全面掌握堆芯核參數(shù)和堆芯物理特性，并以此為基礎(chǔ)完善熱工、力學(xué)、屏蔽等反應(yīng)堆其他方面的設(shè)計(jì)。

　　目前不少機(jī)構(gòu)在從事鉛鉍快堆研究，但此次臨界的啟明星III號零功率反應(yīng)堆，是我國目前唯一堆芯帶核的用于鉛鉍反應(yīng)堆研究試驗(yàn)的裝置。

　　啟明星III號鉛鉍零功率反應(yīng)堆

　　專家解釋，該裝置的設(shè)計(jì)和建設(shè)并不容易，不僅僅要能使反應(yīng)堆安全受控的臨界，更重要的是要有精確的測量方法對它的物理過程進(jìn)行準(zhǔn)確測量，以獲取用于鉛鉍快堆工程化的寶貴的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

　　啟明星III號瞄準(zhǔn)鉛鉍快堆工程化重點(diǎn)難點(diǎn)問題，在大尺寸鉛鉍合金冷卻劑材料中準(zhǔn)確構(gòu)建了核燃料和鉛鉍合金冷卻劑材料交互方式，更加準(zhǔn)確地模擬鉛鉍反應(yīng)堆的堆芯物理特性；配備了基于不同原理的多套非能動安全停堆系統(tǒng)，固有安全性強(qiáng)；實(shí)現(xiàn)了集成化控制、運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集，運(yùn)行與操作更便利，配備了多套實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，能夠獲取豐富精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　有望形成可移動核電源

　　成功實(shí)現(xiàn)臨界后，啟明星III號的任務(wù)并沒有結(jié)束。它將開展一系列實(shí)驗(yàn)工作，取得的堆芯核參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可直接用于中核集團(tuán)各型號鉛鉍反應(yīng)堆工程化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)核數(shù)據(jù)的宏觀檢驗(yàn)、堆芯設(shè)計(jì)與安全分析方法的全面驗(yàn)證，以及反應(yīng)堆運(yùn)行技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)。

　　相比傳統(tǒng)的反應(yīng)堆，鉛鉍合金熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高，既能極大地降低設(shè)計(jì)和工程的難度，又具有更高的固有安全性和抵御嚴(yán)重事故的能力，更高的能量密度和更長的運(yùn)行壽期。在應(yīng)用方面，既可以設(shè)計(jì)為百萬千瓦級的大型電廠，也可設(shè)計(jì)為兆瓦級小型模塊化核電源，其中小型核電源可用于深海空間站、海上石油開采平臺、南海區(qū)域的海島開發(fā)、偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源供給以及大數(shù)據(jù)中心等。

　　“它能有多小呢，公路上跑的汽車就能運(yùn)載它，是真正的可移動核電源�！睂＜艺f。

　　在臨界儀式上，中核集團(tuán)副總經(jīng)理曹述棟提到，要以2025年完成小型鉛鉍堆示范堆建設(shè)為階段目標(biāo)，盡快實(shí)現(xiàn)小型鉛鉍堆工程技術(shù)突破，形成型號譜系化開發(fā)能力和批量化生產(chǎn)應(yīng)用能力。

　　來源：科技日報(bào) 文中圖片均來自中國原子能科學(xué)研究院