如何提高核反應(yīng)堆安全性,一直是國際社會關(guān)注的重點(diǎn)。
4月24日,中國核學(xué)會、中國核科技信息與經(jīng)濟(jì)研究院、中國原子能科學(xué)研究院在北京聯(lián)合舉辦了《2018年國外核工業(yè)與技術(shù)重大發(fā)展動向》(下稱《動向》)發(fā)布會。
截至2018年年底,全球在運(yùn)機(jī)組454臺,總裝機(jī)容量超過4億千瓦;在建核電機(jī)組54臺,總裝機(jī)容量5501.3萬千瓦。目前,全球17個國家或地區(qū)正在建設(shè)核電站,其中,白羅斯、阿聯(lián)酋、孟加拉國、土耳其是新的核電成員國。
《動向》指出,核能作為清潔能源仍具有廣闊的發(fā)展前景。為提高核反應(yīng)堆安全性,國際社會正加快推進(jìn)鉛冷快堆(LFR)等第四代核電技術(shù)的發(fā)展,研發(fā)鈾鉬合金燃料和耐事故燃料。
2002年,第四代核能系統(tǒng)國際論壇(GIF論壇)選定鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水堆、超高溫氣冷堆和熔鹽堆六種最具發(fā)展?jié)摿Φ亩研停M成第四代反應(yīng)堆系統(tǒng)。
其中,鉛冷快堆是指采用液態(tài)鉛或鉛鉍合金冷卻的快中子反應(yīng)堆,通過閉式燃料循環(huán)方式,具有良好的核廢料嬗變和核燃料增殖能力,及較高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。它被GIF評定為有望首個實現(xiàn)工業(yè)示范和商業(yè)應(yīng)用的第四代反應(yīng)堆。
根據(jù)《動向》,俄羅斯已批準(zhǔn)建造鉛冷快堆核電站,計劃2022年啟動建設(shè),并提前啟動配套核燃料制造廠建設(shè);歐洲計劃在2030年左右完成600MW鉛冷快堆ELSY和125MW鉛冷快堆ALFRED示范堆的建設(shè);美國2018年出版的四代反應(yīng)堆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其中規(guī)定了鉛冷快堆的設(shè)計建造基本技術(shù)要求。
中國也有團(tuán)隊在研究鉛冷快堆技術(shù)。2016年,中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所FDS團(tuán)隊鉛冷快堆冷卻劑技術(shù)取得突破,建成中國首座純鉛冷卻劑實驗回路。
在四代核電領(lǐng)域,中國還在實施高溫氣冷堆國家科技重大專項。山東石島灣高溫氣冷堆示范工程已進(jìn)入安裝調(diào)試的最后階段,預(yù)計于2020年上半年建成投產(chǎn)。
4月16日,哈爾濱電氣集團(tuán)有限公司宣布,全球首臺四代核電“心臟”裝備——高溫氣冷堆核電站示范工程主氦風(fēng)機(jī)通過驗收。
安全性也成為新一代研究堆燃料的主要研究方向。核反應(yīng)堆按用途分,大致可分為研究堆、動力堆、生產(chǎn)堆和特殊用途堆等。
中國核科技信息與經(jīng)濟(jì)研究院首席專家王春芬在會上介紹,目前,高密度鈾鉬合金燃料是美國、俄羅斯、韓國等國正在重點(diǎn)研發(fā)的先進(jìn)金屬核燃料,是新一代研究堆對燃料的主要研究方向,它也是優(yōu)質(zhì)的空間堆燃料。
與傳統(tǒng)研究堆使用的二氧化鈾和硅化鈾燃料相比,鈾鉬合金燃料的鈾密度和熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于前者。
其主要優(yōu)勢包括:使用低濃度鈾鉬燃料即可在研究堆上實現(xiàn)高通量;導(dǎo)熱性能好,利于提高反應(yīng)堆運(yùn)行安全性,目前還在探索用于核電廠耐事故核燃料;乏燃料易于后處理。
國外鈾鉬合金燃料技術(shù)正趨于成熟,有望于不久后投入應(yīng)用。
目前,韓國、俄羅斯主攻彌散型燃料技術(shù),已完成全尺寸先導(dǎo)燃料組件的輻照試驗,計劃未來幾年投入工程應(yīng)用。歐洲的輻照試驗工作正在進(jìn)行之中,并且要持續(xù)到2025年才能完成,燃料認(rèn)證工作計劃2019年啟動。美國開發(fā)的單片型鈾鉬合金燃料,已進(jìn)入關(guān)鍵的燃料認(rèn)證階段,計劃在2025年完成認(rèn)證后大規(guī)模推廣使用。