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    行波堆 連世界首富都為之傾心的革命性反應(yīng)堆技術(shù)

    來源:中國(guó)核電信息網(wǎng) 發(fā)布日期:2017-04-14

      現(xiàn)在提起比爾-蓋茨,許多人會(huì)感覺這是一位過氣網(wǎng)紅。的確,比爾-蓋茨靠微軟成為世界首富后,似乎再無驚世之作,漸漸淡出了世人的視線。不過,利用手中巨量的資金,比爾-蓋茨在默默地憋大招,期望再一次,改變世界。

      現(xiàn)在,比爾-蓋茨有一個(gè)新的身份:泰拉能源公司的董事長(zhǎng)。泰拉能源公司成立于2006年,是比爾-蓋茨親自投資,并付諸了極大心血的一家新能源技術(shù)公司,這家公司致力于先進(jìn)核電技術(shù)的研究,其主打的項(xiàng)目是一種聞所未聞的先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù):行波堆。

      聽名字,這種堆型就顯得特別的高大上,又是行又是波的,頗有幾分科幻色彩。

      根據(jù)泰拉能源公司官網(wǎng)的介紹,這種反應(yīng)堆不僅安全性甩現(xiàn)在的三代反應(yīng)堆技術(shù)幾條街,而且能夠直接利用被廢棄的鈾同位素(乏燃料),對(duì)其進(jìn)行深度焚燒,從而產(chǎn)生巨大的能源,將目前核電站稱重的乏燃料后處理負(fù)擔(dān),轉(zhuǎn)換為高額的經(jīng)濟(jì)效益。而且,該反應(yīng)堆幾十年都不需要換料,也不需要乏燃料后處理,簡(jiǎn)直是未來理想的能源。

      現(xiàn)在核電雖然屬于清潔能源,但是其乏燃料處理卻廣受詬病,若上述反應(yīng)堆能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng),將引發(fā)新一輪的全球能源革命,比爾-蓋茨將再次在人類歷史上寫下濃墨重彩的一筆。

      那么,這種“行波堆”到底是個(gè)什么玩意呢?又是如何運(yùn)行的呢?

      事實(shí)上,行波堆本質(zhì)上就是一種快中子增殖反應(yīng)堆(快堆),只是其堆芯結(jié)構(gòu),燃燒方式與反應(yīng)堆控制方式與現(xiàn)在所有的反應(yīng)堆都完全不同。

      行波堆的堆芯可以分為富集區(qū)和轉(zhuǎn)換區(qū)兩個(gè)部分。

      其中,富集區(qū)堆芯作為反應(yīng)堆的點(diǎn)火區(qū)域,反應(yīng)堆在這里達(dá)到臨界,和普通反應(yīng)堆一樣,通過裂變反應(yīng)放出大量的能量。

      與此同時(shí),在裂變反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量的快中子,將轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)不可裂變的核素鈾238轉(zhuǎn)換為可裂變核素钚239,實(shí)現(xiàn)可裂變核素的大量增殖。這個(gè)增殖過程,和普通快堆也一樣的。

      這樣看來,行波堆與普通快堆似乎沒有區(qū)別?當(dāng)然不是。

      普通快堆,在發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)新增殖的裂變核素,必須通過停堆大修,人工轉(zhuǎn)移到反應(yīng)堆堆芯后,再次啟動(dòng)反應(yīng)堆,才能夠重新利用。而行波堆則省去了堆芯燃料調(diào)整的步驟,新增殖的裂變核素,不需要調(diào)整燃料位置,就可以直接進(jìn)行燃燒。

      是不是有點(diǎn)燒腦。

      那么,行波堆堆芯的運(yùn)行過程到底是什么樣子的呢?

      我們可以將行波堆比作一根木棒,反應(yīng)堆首次點(diǎn)火啟動(dòng),相當(dāng)于木棒頂端點(diǎn)燃?;鹧嫒紵龝r(shí),放出能量,相當(dāng)于裂變反應(yīng)放出能量,而此時(shí)木棒被燒成木炭的部分,相當(dāng)于增殖過程。

      當(dāng)火焰繼續(xù)順著木棒往下燒的時(shí)候,新增殖的木炭也同時(shí)開始燃燒,這時(shí),木棒放出來的能量就由兩個(gè)波次組成,其一波是木棒燃燒釋放的能量,其二波是木炭燃燒放出來的熱量,這兩個(gè)波次的能量一前一后不斷向下燃燒,直到整個(gè)木棒變成灰燼,燃燒過程才結(jié)束。

      類似的,行波堆堆芯也是如此,裂變反應(yīng)順著堆芯向下行走,與此同時(shí),增殖區(qū)內(nèi)新生成的裂變核素也隨后開始進(jìn)行裂變反應(yīng)。反應(yīng)堆的能量由第一波裂變能和第二波新增殖的裂變核素的裂變能兩部分組成,這兩個(gè)波次的裂變反應(yīng)一前一后,不斷向堆芯下部擴(kuò)散,直到整個(gè)堆芯燃燒殆盡,裂變過程才會(huì)結(jié)束。

      由于這種快堆能量由兩個(gè)波次組成,且一前一后向堆芯下部前行,所以這種快堆就有了“行波堆”這個(gè)名字。

      還有一點(diǎn)不得不提,行波堆的這種燃燒方式,與ADS技術(shù)的重核嬗變過程極為相似,大量長(zhǎng)周期放射性重核元素將在此過程中嬗變?yōu)檩p核,短周期放射性元素。大大降低了乏燃料廢除的處理難度。

      從行波堆的燃燒過程我們可以看出,這種反應(yīng)堆的以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

      其一、這種快堆可以實(shí)現(xiàn)幾十年不換料,理論上,由于核能極大的能量密度,且不斷產(chǎn)生新的裂變核素,行波每年向堆芯下部前進(jìn)不過十幾厘米,一次裝料,就可以滿足幾十年的發(fā)電需求。

      其二、行波堆在燃燒過程中,不僅通過增殖實(shí)現(xiàn)了燃料的高效利用,還在裂變過程中實(shí)現(xiàn)了重核的嬗變,因此,行波堆的乏燃料中長(zhǎng)周期重核放射性核素將大大減少,使得乏燃料后處理不再成為核電發(fā)展的掣肘。

      以上兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得行波堆成為了一種革命性的新能源技術(shù),誰在這項(xiàng)技術(shù)上拔得頭籌,誰將會(huì)改寫人類的歷史。

      對(duì)于世界首富來說,錢只是一個(gè)數(shù)字,相比金錢,比爾蓋茨更在乎的是他將在人類歷史上留下的名聲,而行波堆,正是比爾-蓋茨實(shí)現(xiàn)此抱負(fù)的一個(gè)機(jī)會(huì)。為此,比爾-蓋茨傾注了大量的心血。

      行波堆的研究,必須有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)作為基礎(chǔ),快堆技術(shù)和ADS技術(shù)。但是,比爾-蓋茨不懂核電技術(shù),且泰拉能源公司雖然提出了行波堆理論,但也缺乏先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù),要將行波堆從理論變成現(xiàn)實(shí),泰拉能源只能尋求其他擁有快堆技術(shù)的國(guó)家進(jìn)行技術(shù)合作。

      為了給行波堆尋找技術(shù)合作伙伴,比爾-蓋茨將美英法日印等國(guó)跑了個(gè)遍,畢竟這些國(guó)家很早就開始快堆研究,比爾蓋茨天真的以為,起步早的國(guó)家快堆技術(shù)肯定先進(jìn)。當(dāng)他跑遍一圈回來,最后才沮喪的發(fā)現(xiàn),這些國(guó)家雖然很早就研究快堆技術(shù),但要么半途而廢,要么斷斷續(xù)續(xù),技術(shù)并沒有想象中的那么先進(jìn)。

      最后,沒有辦法的比爾-蓋茨,不得不將目光投向中國(guó),他雖然知道中國(guó)也在研究快堆,但是他認(rèn)為中國(guó)快堆技術(shù)起步太晚,或許技術(shù)并不先進(jìn)。

      2009年,比爾-蓋茨第一次為行波堆的技術(shù)訪問中國(guó),這次訪問讓他極為興奮。他原本以為中國(guó)快堆技術(shù)落后,但是與中核集團(tuán)等中國(guó)核能企業(yè)接觸后,他驚訝的發(fā)現(xiàn),中國(guó)雖然快堆技術(shù)起步較晚,但是一直在持續(xù)研究,而且第一座示范堆也正在建設(shè)中。更讓比爾蓋茨興奮的是,中國(guó)還在努力研究與行波堆技術(shù)十分相似的反應(yīng)堆技術(shù):ADS(加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆系統(tǒng))技術(shù),這兩種技術(shù)加起來就簡(jiǎn)直就是行波堆的雛形??!

      看到希望的比爾-蓋茨激動(dòng)不已,此后又多次因行波堆技術(shù)在2015年(2次)、2014年、2011年四次訪問中國(guó),每一次訪問,中國(guó)快堆技術(shù)的神速進(jìn)步都讓比爾蓋茨興奮不已:快堆臨界,ADS技術(shù)取得重要進(jìn)展,這兩項(xiàng)技術(shù)都可以作為行波堆的技術(shù)基礎(chǔ),而當(dāng)今世界,只有中國(guó)在這兩種技術(shù)上持續(xù)研究且取得重要成果。

      在多次訪問中國(guó),通過比較中國(guó)與歐美各國(guó)的反應(yīng)堆技術(shù)后,比爾-蓋茨最后確認(rèn),現(xiàn)階段只有在中國(guó)的核電技術(shù)的基礎(chǔ)上,才能夠?qū)⑿胁ǘ褟睦碚撟優(yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

      在2017年3月23日,比爾-蓋茨以美國(guó)泰拉能源公司(下稱“泰拉能源 ”)董事長(zhǎng)的身份,再次在北京見到了中核集團(tuán)董事長(zhǎng)王壽君。這一次,泰拉能源與中核集團(tuán)簽署了合作文件,標(biāo)志著“行波堆”這一革命性的能源技術(shù)將從中國(guó)孕育出來,未來世界的第一座行波堆,將在中國(guó)誕生。

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