7月21日，由中核集團(tuán)中國(guó)原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)的我國(guó)第一座快中子反應(yīng)堆——中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)達(dá)到首次臨界。這意味著我國(guó)第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破，成為世界上第8個(gè)擁有快堆技術(shù)的國(guó)家。

　　快中子反應(yīng)堆是世界上第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的首選堆型，代表了第四代核能系統(tǒng)的發(fā)展方向。其形成的核燃料閉合式循環(huán)，可使鈾資源利用率提高至60%以上，也可使核廢料產(chǎn)生量得到最大程度的降低，實(shí)現(xiàn)放射性廢物最小化。國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)為，發(fā)展和推廣快堆，可以從根本上解決世界能源的可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展問題。

　　 將新聞進(jìn)行到底

　　“提升1號(hào)調(diào)節(jié)棒至頂部”“提升2號(hào)調(diào)節(jié)棒至180毫米、220毫米、230毫米……”，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆主控室內(nèi)滴滴聲越來越急促，7月21日9點(diǎn)50分，源量程周期穩(wěn)定在100秒達(dá)兩分鐘后，中核集團(tuán)公司副總經(jīng)理、中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)楊長(zhǎng)利宣布：“中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆首次實(shí)現(xiàn)臨界！”

　　首次實(shí)現(xiàn)臨界意味著我國(guó)第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破，成為世界上第8個(gè)擁有快堆技術(shù)的國(guó)家?？於延惺裁磧?yōu)勢(shì)？快堆安全性如何保證？從實(shí)驗(yàn)堆走向商業(yè)化還有多遠(yuǎn)的路要走？有關(guān)專家對(duì)此進(jìn)行了一一回應(yīng)。

　　快堆有何優(yōu)勢(shì)？

　　鈾資源的利用率最高提高70倍

　　目前，在國(guó)內(nèi)核電領(lǐng)域還在為第三代核電技術(shù)討論時(shí)，快堆已被貼上了第四代核電技術(shù)的標(biāo)簽。中核集團(tuán)中國(guó)原子能科學(xué)研究院快堆總工程師徐?說，因?yàn)樗鹾狭说谒拇穗娂夹g(shù)的重要指標(biāo)：具有更好的經(jīng)濟(jì)性，安全性高和廢物產(chǎn)生量少。

　　“在鈾的燃燒中，真正消耗的是鈾235。天然鈾中99.2%都是鈾238，而真正能裂變的鈾235只有0.07%。”徐?介紹，目前全世界的400多座核電站多為輕水堆，又稱熱堆。熱堆消耗的主要核燃料是鈾235，而自然界中鈾235的蘊(yùn)藏量?jī)H占0.66%，其余絕大部分是鈾238，占99.2%。為保證核反應(yīng)正常進(jìn)行，一般輕水堆采用3%—4%的濃縮鈾235為原料，這意味著，真正參與核反應(yīng)的原料鈾235只有3%—4%，余下是會(huì)產(chǎn)生輻射的鈾238核廢料。

　　而快堆則有望改變這一現(xiàn)狀。在快堆中，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(huì)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，從而將鈾資源的利用率提高到60%—70%。

　　由于利用率的提高，相對(duì)較貧的鈾礦有了開采的價(jià)值。就世界范圍講，可采鈾資源將因此增加上千倍。以目前探明的天然鈾儲(chǔ)量推測(cè)，快堆的使用可以使鈾資源可持續(xù)利用3000年以上。

　　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)，如果直接進(jìn)行地質(zhì)處置，耗資極其驚人。而這些核廢料在快堆反應(yīng)中經(jīng)過回收再利用以后，放射性物質(zhì)的衰變期只有二三百年，可以大大減少核廢物處置量，降低乏燃料長(zhǎng)期毒性風(fēng)險(xiǎn)。

　　“既然燃料越燒越多，能否實(shí)現(xiàn)60年不換料呢？”徐?說，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，意味著快堆的建造材料必須耐燒，而到現(xiàn)在還很難找到這樣的材料，“目前看來，20—30年不換料是可能實(shí)現(xiàn)的。”

　　安全性咋保障？

　　冷態(tài)、熱態(tài)調(diào)試拴上雙保險(xiǎn)

　　在中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆大樓參觀時(shí)，工作人員告訴記者，快堆在工程設(shè)計(jì)方面取得了多方面突破：在世界上首次采用了非能動(dòng)事故余熱排出系統(tǒng)，與世界已建快堆相比，是最安全的一座快堆；自主完成了反應(yīng)堆換料系統(tǒng)設(shè)計(jì)，快堆的換料是在封閉系統(tǒng)中靠遙控自動(dòng)完成的，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)是先進(jìn)可靠的；采用了先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，自主完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控和主控室設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了主控室操作，給操縱員應(yīng)急操作帶來了極大的方便……

　　楊長(zhǎng)利介紹，在多年快堆建設(shè)過程中，中核集團(tuán)始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新，自主完成了快堆概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)及建筑、安裝調(diào)試工作，初步建立起了鈉冷快堆技術(shù)的研發(fā)體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，全面掌握了快堆物理、熱工、力學(xué)以及總體、結(jié)構(gòu)、回路、儀控、電氣設(shè)計(jì)技術(shù)，取得了以鈉工藝為代表的一批自主創(chuàng)新成果，申請(qǐng)了百余項(xiàng)專利，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高達(dá)70%。

　　白手起家，大家都沒有經(jīng)驗(yàn)可以參考，安全性成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　2008年底，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆進(jìn)入了緊張的集中調(diào)試階段，這是全面檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和安裝施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　徐?介紹，調(diào)試階段包括系統(tǒng)升溫之前的冷態(tài)調(diào)試和升溫后的熱態(tài)調(diào)試。由于鈉的熔點(diǎn)為97.8攝氏度，為保證鈉在液態(tài)下使用，堆系統(tǒng)必須加熱到250攝氏度，在250攝氏度高溫下的熱態(tài)調(diào)試是對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備整體性能的全面檢驗(yàn)。特別是系統(tǒng)灌鈉之后的熱態(tài)調(diào)試，任務(wù)更加艱巨，因?yàn)殁c有其特有的“脾氣”，一旦沒有按鈉的特點(diǎn)行事，往往就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。

　　中核集團(tuán)中國(guó)原子能科學(xué)研究院院長(zhǎng)趙志祥介紹，為了順利完成調(diào)試階段的任務(wù)，原子能院做了大量的準(zhǔn)備工作。早在2001年，便開始調(diào)試和運(yùn)行準(zhǔn)備工作，其中包括主控室運(yùn)行人員的培訓(xùn)。不但建立了調(diào)試階段的組織體系和質(zhì)量保證體系，制定了調(diào)試階段的質(zhì)保大綱和相關(guān)程序，還建立了崗位責(zé)任制和日協(xié)調(diào)、周協(xié)調(diào)的例會(huì)制度，用最先進(jìn)的管理軟件制定調(diào)試進(jìn)度計(jì)劃并進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理與協(xié)調(diào)，完成了600多個(gè)調(diào)試文件和600多個(gè)運(yùn)行規(guī)程的編寫，調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)1000多項(xiàng)，確保調(diào)試的“質(zhì)量第一、安全第一”。

　　2008年12月，在完成約152項(xiàng)單系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)之后，綜合冷態(tài)調(diào)試開始，目的是驗(yàn)證系統(tǒng)和設(shè)備的功能，獲取初始運(yùn)行數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的相容性，以及排除安全隱患等。

　　2009年4月，熱態(tài)調(diào)試全面展開，依次進(jìn)行了一系列調(diào)試工作，包括用氣體對(duì)堆本體加熱，將鈉灌入一、二回路，啟動(dòng)一、二回路鈉循泵并達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，使一、二回路之間達(dá)到熱平衡狀態(tài)，在熱態(tài)下進(jìn)行換料系統(tǒng)調(diào)試，將啟動(dòng)中子源裝入堆芯，對(duì)核測(cè)系統(tǒng)調(diào)試，在啟動(dòng)中子源下整定保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)等333項(xiàng)試驗(yàn)。截

　　至2009年8月，反應(yīng)堆裝料前的調(diào)試任務(wù)全部圓滿完成，并在9月取得了國(guó)家核安全局頒發(fā)的首次裝料許可證。

　　“快堆的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)可接受性，已得到國(guó)外豐富的快堆實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的證實(shí)。”徐?說，半個(gè)世紀(jì)以來，世界上已有美、俄、英、法、日、德、印7國(guó)建成過21座快堆。作為第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)中最重要的堆型之一，在美國(guó)等國(guó)提出的先進(jìn)核能系統(tǒng)中，6種堆型有3種是快堆。

　　商業(yè)化還有多遠(yuǎn)？

　　2030年完成商業(yè)化項(xiàng)目

　　上世紀(jì)60年代中期，我國(guó)的快堆研究開始起步，主要在物理、熱工、結(jié)構(gòu)材料和鈉工藝等方面開展了一些基礎(chǔ)研究，并建成了一批小型實(shí)驗(yàn)裝置。其中，最具有代表性的研究成果是1969年由周恩來總理特批50公斤高濃鈾建成的“東風(fēng)-6號(hào)”零功率實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)快堆技術(shù)發(fā)展“零”的突破。

　　1986年3月，鄧小平同志對(duì)王大珩、王淦昌、楊家墀、陳芳允等四位科學(xué)家關(guān)于我國(guó)應(yīng)跟蹤世界高技術(shù)前沿的建議信函做出了重要批示，從而催生了863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃?？於衙摲f而出，被列入863計(jì)劃能源反應(yīng)堆主題項(xiàng)目。1992年3月14日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)863計(jì)劃能源技術(shù)領(lǐng)域的研究發(fā)展目標(biāo)，建成一座熱功率65兆瓦的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆。

　　“熱功率65兆瓦、電功率20兆瓦的中國(guó)原型快堆的開發(fā)是我國(guó)快堆應(yīng)用的‘關(guān)鍵一步’。”徐?說，快堆要用鈉作冷卻劑，總的來說技術(shù)比較復(fù)雜。為了減小發(fā)展中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和我國(guó)技術(shù)現(xiàn)狀，按照我國(guó)快堆戰(zhàn)略設(shè)想，快堆將分實(shí)驗(yàn)堆、示范堆和商用堆三步走。此次快堆的成功臨界,是我國(guó)核能研究和應(yīng)用的一個(gè)重大突破，意味著離普遍推廣應(yīng)用快堆又邁出了一大步。

　　楊長(zhǎng)利介紹，與目前的實(shí)驗(yàn)快堆相比，中國(guó)下一步建設(shè)的示范快堆，在功率、體量上有很大的變化，在技術(shù)上也需要有突破。例如，實(shí)驗(yàn)快堆是以高濃二氧化鈾為燃料，而為了實(shí)現(xiàn)核燃料增殖，還需要在示范快堆中進(jìn)一步研制鈾和钚的混合燃料。在技術(shù)開發(fā)上，還需要加大對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的投入。另外，還要通過示范項(xiàng)目將現(xiàn)在掌握的技術(shù)進(jìn)行集成，通過示范堆的建設(shè)，對(duì)所有的工程問題、經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行驗(yàn)證，才能過渡到商用快堆，最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地投入運(yùn)行。

　　“預(yù)計(jì)每10年完成一個(gè)階段，即2020年完成示范項(xiàng)目，2030年完成商業(yè)化項(xiàng)目。”楊長(zhǎng)利表示。