2010年8月6日下午4時，位于北京房山區(qū)新鎮(zhèn)的中核集團中國原子能研究院內，一切如故，除了幾名工人在門口進行道路施工之外，這里與往常沒有太多變化，73歲的徐銤開完會，匆匆回到自己的二樓辦公室，他面前三臺正在運行的電腦屏幕上，顯示著密密麻麻的數據。而就在幾天前，這里發(fā)生了一件大事——中國實驗快堆首次臨界成功，這標志著中國在第四代核電技術方面取得了重大突破，我國也因此成為世界上第八個掌握這一技術的國家。
 
      徐銤是中國實驗快堆總工程師，1961年清華大學畢業(yè)之后，就走進了中國原子能研究院，在這個崗位上一干就是半個世紀。提起試驗快堆的首次臨界，這位溫和謙虛的老人娓娓道來，臉上始終掛著燦爛的笑容。在他看來，快堆技術的運用和第四代核電技術的成熟，為未來中國能源發(fā)展找到了一勞永逸的解決方案。

      為了緩解經濟發(fā)展與能源消耗的矛盾，減少二氧化碳排放對環(huán)境的壓力，近年來，作為清潔能源的核電獲得了井噴式的發(fā)展。盡管中國目前運行的核電機組總功率僅為910萬千瓦，但在建的機組卻多達23臺、總裝機2540萬千瓦，占世界57臺機組的40%，我國也因此成為了全球核電在建規(guī)模最大的國家。

      核電項目的快速上馬，推動著國家不斷調整核電發(fā)展的規(guī)劃目標。2006年國務院通過的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》目標是，到2020年中國核電裝機總量達到4000萬千瓦。但核電發(fā)展的現(xiàn)狀遠遠高于預期，2010年7月，國家能源局宣布，預計到2015年，中國核電裝機將達到3900萬千瓦，到2020年則達到7000萬千瓦。

      核電潛力的快速釋放也帶來了很多麻煩，天然鈾短缺、核廢料的處理等困擾核電可持續(xù)發(fā)展的問題都會隨著核電的爆發(fā)式增長而逐一顯現(xiàn)。但是，以快堆為代表的第四代核電技術的成熟與完善，為從根本上破解這些難題提供了可能。

      快堆技術突破

      2010年7月21日9時50分，中國試驗快堆主控室內所有的人都屏住了呼吸，眼前大屏幕上的數據在不停地閃爍，當源量程周期穩(wěn)定在100秒達到了兩分鐘時，中核集團副總經理楊長利大聲宣布：“中國試驗快堆達到首次臨界，”頓時，室內一片歡騰，熱烈的掌聲經久不息。

      核反應堆臨界相當于常規(guī)火電站鍋爐的點火，是機組具備發(fā)電能力的必要條件，臨界之后，再經過試驗和不斷提高功率，機組便可以發(fā)電和滿負荷運行了。

      “對于正在提速核電發(fā)展的中國而言，實驗快堆臨界成功將極大地加快我國核電建設步伐，作為在建核電規(guī)模最大的國家，中國正在以自己的速度，追趕乃至引領世界核電步伐。”楊長利激動地表示。

      作為國家863計劃重大項目，中國實驗快堆是中核集團第四代核能技術研發(fā)的重點，該堆采用已在美、法、俄、日等國家有多堆運行經驗的鈉冷快堆技術，其熱功率為65兆瓦，電功率20兆瓦。

      快堆是快中子增殖反應堆的簡稱，是第四代核技術的六種堆型之一，由于其消耗燃料的同時，能夠使燃料增殖，而且其技術在全球范圍內相對較為成熟，因此被看作是第四代核技術中，最有可能商業(yè)化的堆型。

      建造實驗快堆是我國快堆發(fā)展的第一步，隨后將進行示范快堆和商業(yè)快堆的建設。據中國試驗快堆總工程師徐銤透露，2013年，我國將在福建三明市開工建設兩座80萬千瓦的示范快堆項目，計劃2020年建成。

      “快堆要想商業(yè)化，必須具備經濟性和技術上成熟，目前快堆技術整體上還處于試驗階段，全球預期2025年—2035年進入商用階段。”中國工程院院士、核電專家葉奇蓁對《能源》雜志記者表示。

      隨著快堆技術的不斷發(fā)展，目前在經濟性上已經具備了競爭力。徐銤向《能源》雜志記者介紹說，“在上個世紀70年代，利用快堆技術建造核電站，其成本是壓水堆的2.5倍，隨著這一技術的不斷成熟，到2000年，其成本與壓水堆已基本持平。”

      目前全球運行的400多座核電站中，絕大部分采用的是二代和二代改進技術，以美國西屋公司AP1000和法國阿海琺公司EPR為代表的三代技術目前正在進行商業(yè)化推廣，建設中的浙江三門和廣東臺山核電站分別采用了上述兩種技術。

      但不管是二代還是三代，均屬于熱堆技術，其堆型絕大多數為壓水堆，熱堆裂變使用的燃料主要是鈾235，但是這種資源只占自然界鈾儲量的0.66%，而以快堆為代表的四代核技術則不使用鈾235，而是使用钚239，配合占自然界儲量99.2%的鈾238做燃料，使得自然界的天然鈾的利用得到了大大提高。

      “三代技術與二代相比，沒有實質性的差別，只是在安全性提高了一些，技術上更先進一些，但是四代核技術與二代、三代有本質性區(qū)別，它是一種燃料增殖技術，大大提高了現(xiàn)有資源的使用率?！比~奇蓁表示。

      國際上快堆技術起步于上世紀40年代，截至目前，世界上共建成了各種類型的快堆21座。中國盡管從上世紀60年代就開始了快堆的研究，但由于各種因素，快堆的發(fā)展一度陷入停滯。1995年12月，中國試驗快堆正式獲國家批準立項，經過十多年的努力，終于實現(xiàn)了成功臨界。

      值得關注的是，在整個快堆技術的研發(fā)過程中，我國全部以自主設計、自主建造、自主安裝和自主調試的方式進行的。整個項目建設中的上萬個設備，其中70%是國產的，實現(xiàn)了70%的自主化率。“這并不代表剩下的30%我們都不會建造，而是因為核電的安全要求非常高，我們自己生產的這些設備還沒有經過足夠長時間的驗證，因此選用的國外的設備。”

      “四代核技術成熟之后，我國將不再進口國外的技術，核電發(fā)展將結束購買技術的歷史?！毙煦澱f。

      破解鈾資源難題

      核電盡管清潔、高效，但是其主要燃料——鈾資源的短缺已經成為制約核電持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸之一。隨著第四代核電技術的發(fā)展與成熟，這一難題有望從根本上得到解決。

      目前，在核電站中廣泛應用的壓水堆(如我國的秦山、大亞灣核電站堆型)對天然鈾資源的利用率只有約1%，“而在快堆狀態(tài)下，鈾資源利用率理論上可達到100%，扣除損耗也能有60%—70%，也就是說，快堆的鈾資源使用率比熱堆可以提高至少60倍?！毙煦澱f。

      由于壓水堆只燒掉了其燃料的1%，最后有大量的核廢料產出，“而在快堆狀態(tài)下，大部分廢料可以作為快堆的燃料使用，因此大幅度提高了天然鈾的使用率。”葉奇蓁表示。
 
      按照現(xiàn)有的壓水堆技術，一座100萬千瓦的核電站，60年消耗1萬噸天然鈾。以我國910萬千瓦的裝機容量計算，目前我國每年消耗天然鈾在1500噸左右。

      而近期報道稱，目前我國的鈾礦年產能為1040噸，產量只有750噸，而按照國內核電站投資建設增長趨勢，預計2015年我國產需缺口將超過1萬噸，到2030年更將高達近3萬噸。

      從世界范圍內來看，鈾資源的前景也不太樂觀。據徐銤透露，目前全球130美元/公斤之下能夠開采的鈾資源僅為530萬噸，這也就意味著，這些天然鈾僅僅能夠供應530座100萬千瓦的核電站使用60年，而目前全球正在運行的100萬千瓦的核電站為372座。解決全球范圍內的鈾資源短缺問題已迫在眉睫。

      快堆技術的發(fā)展，使鈾資源短缺問題變得不再迫切。“打個比方，如果說現(xiàn)在熱推條件下天然鈾能夠使用100年的話，利用快堆就可以使用6-7千年，”中國原子能研究院院長趙志祥說，“通過使用快堆，我們國家可以在千年的時間尺度上解決我們的核能發(fā)展問題?！?/P>

      另一方面，由于快堆能夠提高天然鈾的使用率，還使得很多貧礦具有了開采價值，這將使世界可采鈾資源增加上千倍。專家預計，以目前探明的天然鈾儲量推測，快堆的使用可使鈾資源可持續(xù)利用3000年以上。

      事實上，快堆不僅具有理論價值，還在國際上進行了示范運用。徐銤介紹說，目前全球正在運行的快堆有5座，其中最具典型性的是俄羅斯BH-600核電站，從1980年至今，這座快堆核電站的鈾資源平均利用率達到了74%，而且運行平穩(wěn)。

      廢料不再被拋棄

      快堆技術之所以能夠大幅度提高天然鈾的使用率，主要原因在于快堆狀態(tài)下，核廢料能夠作為燃料重新使用。這在解決燃料問題的同時，也在很大程度上解決了核廢料的污染問題。

      “現(xiàn)在使用的二代壓水堆技術，只是利用了整個產業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，快堆則把整個產業(yè)鏈閉合了起來，形成了循環(huán)經濟，這樣就使得經濟更加優(yōu)化，環(huán)境更加友好。”葉奇蓁表示。

      盡管核能是一種清潔能源，但核廢料的處理卻是一個令全球頭疼的問題。徐銤介紹說，壓水堆產生出來的核廢料不僅量大，而且放射性強，如果直接進行地質處置，耗資極其驚人。據介紹，壓水堆核廢料的放射性一般會延續(xù)300—400萬年，保存不好會產生極大的危害，盡管目前由于核電規(guī)模小還沒有產生大的影響，但在國際上已經招致反核人士的強烈抨擊。隨著未來全球核電的大發(fā)展，放射性物質會越來越多，核廢料的處置問題必然無法回避。

      快堆技術的應用，可以在很大程度上解決這一問題，“相比壓水堆，快堆產生的核廢料非常少，廢料的一部分作為燃料被再次燃燒掉了，而且也大大降低了其輻射性，壓水堆產生的廢料，經過200—300年就能夠達到與天然鈾一樣的放射水平，對其加以儲存就不會對人類產生危害。”徐銤說。

      快堆技術既能節(jié)約燃料，又可以減少污染，可以說一舉兩得。因此，中核集團公司總工程師雷增光滿懷信心地表示，“快堆是集團公司核電發(fā)展的未來，是集團搶占核電發(fā)展戰(zhàn)略制高點、增強核心競爭力的有力體現(xiàn)?！?

      但快堆的臨界只是一個開始，徐銤預計到2030年，快堆技術在我國才能實現(xiàn)商業(yè)化運用。而在2030年之前的20年間，還有非常艱辛的工作等著他和他的同事們。“這20年間，需要加大科研力量，至少增加3倍以上的技術人員，要達到工業(yè)規(guī)模的快堆運行，保證未來的快堆能夠達到第四代核電發(fā)展水平，還需要研究設備系統(tǒng)的可靠性，以及加強對材料、工藝方面的研究等?！毙煦澅硎?。