作者:王超 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/21 21:39:51
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四代核能你追我赶 “麒麟”出世指日可待

 

在安徽省合肥市科学岛,一座四层高的钢结构实验室静静的矗立在湖边。液态重金属回路与材料技术综合实验平台的科研人员正在调试着实验设备,准备完成“铅基堆综合实验回路”新一轮的实验。

作为应对未来气候变化和先进核能的重要方案和途径,铅或铅合金冷却的快中子反应堆(以下简称铅基反应堆)已被第四代核能系统国际论坛组织(以下简称GIF)评定为“有望首个实现工业示范和商业应用的第四代反应堆”。而“铅基堆综合实验回路”等一系列重要突破,则标志着“麒麟一号”(CLEAR-I)——中国铅基反应堆实现了核心技术自主化,对促进我国第四代核能铅基反应堆的工程化具有重要意义。

“麒麟”本应天上来?

我国铅基反应堆研发是在国家“863”计划、“973”计划和中科院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能—ADS嬗变系统”等项目的持续支持下进行的,中科院核安全所先进核能研究团队(以下简称FDS团队)作为ADS专项牵头单位之一,承担了铅基反应堆“麒麟一号”项目的全面研究工作。

“我们相继突破了结构材料、冷却剂、燃料组件、氧测控等核心技术,成功研制出液态重金属换热器、驱动泵、换料机构、控制棒驱动机构等关键设备,建成了世界上最大的液态金属综合试验平台,以及工程验证堆、物理试验堆、数字仿真堆三座集成试验装置,目前正在进行关键设备与技术集成验证。”中科院核能安全技术研究所(以下简称核安全所)所长吴宜灿研究员在接受《中国科学报》记者采访时说。

就在近期,由FDS团队设计建造的世界规模最大、功能最全的“铅基堆冷却剂技术综合实验回路”和“铅基堆冷却剂氧测控技术”双双取得重大突破并通过成果鉴定,其实验能力和运行参数达到国际领先水平,突破了氧测量与控制等多项关键技术,打破了国际垄断。

二十年磨一剑——国际范儿的“四代核能”宠儿

事实上,“麒麟一号”铅基反应堆研发的每一步都充满了艰辛,其铅基反应堆核心技术更是经历了二十余年的连续攻关。

“拿‘铅基堆综合实验回路’来说,这套实验的每一部分都是我们自己设计、建造的,它是反应堆工程实施的前提和基础。回路的核心就是冷却剂,回路就是做冷却剂流动、传热、冲刷和腐蚀的关键技术研究的平台。能源系统需要循环,冷却剂作为热量转换与传输的载体,把热量从‘堆芯’运输出来,用这个热量去发电和实现其它应用,然后再靠泵或自然回路回流,完成热能的传递。”中科院核安全所研究员赵柱民在接受《中国科学报》记者采访时说。

纵观国际,包括铅基反应堆在内,目前第四代核能系统的其他主要堆型还有气冷快堆、熔盐反应堆、液态钠冷却快堆等六种。相较而言,铅、铅铋或铅锂合金等铅基材料作为反应堆冷却剂,在反应堆的物理特性和安全运行中具有显著优势,可以解决现有大规模应用的热中子反应堆存在的资源利用率低、核废料不断积累和潜在的核安全问题,而这也是美、欧、俄、日等世界各国相继展开研发竞争、角逐第四代核能技术的原因。

(“第四代核能系统在可持续性、安全性、经济性、不扩散性方面都有重要提升和突破,目前世界各国正在对包括‘铅基反应堆’在内的六种潜在堆型进行研究。”GIF副主席Hark Rho Kim教授在第五届国际核能与可再生能源大会上向《中国科学报》记者表示。)

“麒麟”出世或可期

“日本福岛核事故使得铅基反应堆在第四代核能系统中的重要地位得以进一步确立。目前,我们已经完成了方案设计和关键技术的研发,在铅基反应堆设计、铅铋回路与氧控技术、关键设备研发、核燃料与材料、安全分析与实验验证等方面取得了显著的进展,具备了建造这样一个实验系统的能力。”吴宜灿在接受《中国科学报》记者采访时透露,“除了‘麒麟一号’,我们还计划用5年左右的时间完成一个迷你小型反应堆的建设,并将它命名为麒麟号‘核电宝’。”

吴宜灿表示,铅基反应堆可作为未来先进核能源的主力堆型,在第四代核电、核废料嬗变的加速器驱动次临界系统(ADS)、未来聚变电站等发挥作用,同时也可应用在低温制氢、海水淡化、民用放射性同位素等工业生产的多个领域,为清洁能源发展起到积极作用。

通过对铅基反应堆的研究,可以形成一整套在时间上兼顾近、中、远期发展需求,在应用上覆盖聚变技术和裂变技术,在功能上包含能量生产、核废料嬗变、核燃料增殖的可持续发展技术路线。

“我们目前已经处在铅基反应堆工程化道路上,通过‘麒麟号’系列项目的实施,可为我国核能事业、国家能源安全和核能可持续发展做出更大贡献。”吴宜灿说。

 
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