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为提高反应堆安全性 多国加快推进四代核电铅冷快堆技术

为提高反应堆安全性 多国加快推进四代核电铅冷快堆技术
(图片: Pixabay)

如何提高核反应堆安全性,一直是国际社会关注的重点。

4月24日,中国核学会、中国核科技信息与经济研究院、中国原子能科学研究院在北京联合举办了《2018年国外核工业与技术重大发展动向》(下称《动向》)发布会。

截至2018年年底,全球在运机组454台,总装机容量超过4亿千瓦;在建核电机组54台,总装机容量5501.3万千瓦。目前,全球17个国家或地区正在建设核电站,其中,白罗斯、阿联酋、孟加拉国、土耳其是新的核电成员国。

《动向》指出,核能作为清洁能源仍具有广阔的发展前景。为提高核反应堆安全性,国际社会正加快推进铅冷快堆(LFR)等第四代核电技术的发展,研发铀钼合金燃料和耐事故燃料。

2002年,第四代核能系统国际论坛(GIF论坛)选定钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆、超临界水堆、超高温气冷堆和熔盐堆六种最具发展潜力的堆型,组成第四代反应堆系统。

其中,铅冷快堆是指采用液态铅或铅铋合金冷却的快中子反应堆,通过闭式燃料循环方式,具有良好的核废料嬗变和核燃料增殖能力,及较高的安全性和经济性。它被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。

根据《动向》,俄罗斯已批准建造铅冷快堆核电站,计划2022年启动建设,并提前启动配套核燃料制造厂建设;欧洲计划在2030年左右完成600MW铅冷快堆ELSY和125MW铅冷快堆ALFRED示范堆的建设;美国2018年出版的四代反应堆技术标准,其中规定了铅冷快堆的设计建造基本技术要求。

中国也有团队在研究铅冷快堆技术。2016年,中国科学院核能安全技术研究所•FDS团队铅冷快堆冷却剂技术取得突破,建成中国首座纯铅冷却剂实验回路。

在四代核电领域,中国还在实施高温气冷堆国家科技重大专项。山东石岛湾高温气冷堆示范工程已进入安装调试的最后阶段,预计于2020年上半年建成投产。

4月16日,哈尔滨电气集团有限公司宣布,全球首台四代核电“心脏”装备——高温气冷堆核电站示范工程主氦风机通过验收。

安全性也成为新一代研究堆燃料的主要研究方向。核反应堆按用途分,大致可分为研究堆、动力堆、生产堆和特殊用途堆等。

中国核科技信息与经济研究院首席专家王春芬在会上介绍,目前,高密度铀钼合金燃料是美国、俄罗斯、韩国等国正在重点研发的先进金属核燃料,是新一代研究堆对燃料的主要研究方向,它也是优质的空间堆燃料。

与传统研究堆使用的二氧化铀和硅化铀燃料相比,铀钼合金燃料的铀密度和热导率远高于前者。

其主要优势包括:使用低浓度铀钼燃料即可在研究堆上实现高通量;导热性能好,利于提高反应堆运行安全性,目前还在探索用于核电厂耐事故核燃料;乏燃料易于后处理。

国外铀钼合金燃料技术正趋于成熟,有望于不久后投入应用。

目前,韩国、俄罗斯主攻弥散型燃料技术,已完成全尺寸先导燃料组件的辐照试验,计划未来几年投入工程应用。欧洲的辐照试验工作正在进行之中,并且要持续到2025年才能完成,燃料认证工作计划2019年启动。美国开发的单片型铀钼合金燃料,已进入关键的燃料认证阶段,计划在2025年完成认证后大规模推广使用。

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