發(fā)布時間： 2016年04月06日
我國科學(xué)家成功將微堆中的核燃料富集度從90%降至12.5%，并實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。這一被寫入《中美核安全合作聯(lián)合聲明》的重要進(jìn)展，也被認(rèn)為是中國向第四屆世界核安全峰會獻(xiàn)上的一份賀禮——
沒有散熱塔，沒有高聳的煙囪，更沒有建筑群，一個高壓鍋大小的核反應(yīng)堆堆芯只身“藏”在中國原子能科學(xué)研究院的一層實(shí)驗(yàn)樓里。
就是這座名副其實(shí)的“微堆”，最近吸引了全世界的目光。它在圓滿完成低濃化改造后，于3月26日首次實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。這一重要進(jìn)展被寫入《中美核安全合作聯(lián)合聲明》，也被認(rèn)為是中國向第四屆世界核安全峰會獻(xiàn)上的一份賀禮。
受限于高濃燃料的微堆
微堆是微型中子源反應(yīng)堆的簡稱，具有小型化、易操作、功率低、固有安全性好等優(yōu)點(diǎn)，可建在大中城市人口稠密的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)內(nèi)，主要用于中子活化分析、少量同位素生產(chǎn)等。
其中，微堆的中子活化分析技術(shù)還曾幫助歷史學(xué)家解決了一個困擾他們很久的難題?！?003年，我們在微堆上利用中子活化分析等一系列現(xiàn)代專業(yè)技術(shù)手段，破解了清朝皇帝光緒的死因，揭開了困擾史學(xué)界100年的謎團(tuán)。”原子能院微型反應(yīng)堆研究室主任李義國介紹說。
原子能院微堆的研究建造可追溯到上世紀(jì)80年代。經(jīng)過多種物理設(shè)計方案的理論計算和零功率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，1984年3月，原子能院自主開發(fā)設(shè)計建造的我國第一座微堆順利建成并投入滿功率運(yùn)行。
“過去，我們的微堆使用武器級的高濃鈾作為燃料。燃料棒一旦流失，就可能造成核材料擴(kuò)散的威脅?！崩盍x國向記者展示的微堆燃料棒非常小巧，拿在手里就像一支筆。
正是由于微堆所用燃料的特殊性，這種精致的核技術(shù)在推廣中一直受到限制。
“受到國際大環(huán)境、燃料低濃化和應(yīng)用多樣化等研究堆發(fā)展趨勢的影響，我國設(shè)計建造的高濃鈾微堆受到國際原子能機(jī)構(gòu)的高度重視。該機(jī)構(gòu)多次提出，希望微堆燃料實(shí)施低濃鈾轉(zhuǎn)化?！痹诶盍x國看來，微堆低濃化改造已成為象征人類在追求核安全道路上不斷向前探索的風(fēng)向標(biāo)。
從堆芯設(shè)計開始的低濃化攻關(guān)
其實(shí)，原子能院早在十幾年前就開始考慮微堆低濃化問題?！爱?dāng)時，國際上大堆的低濃化已做了很多。我們也開始探索一些技術(shù)性工作，對微堆燃料低濃化進(jìn)行了初步的分析和計算?！崩盍x國告訴記者。
從2006年開始，原子能院多次參加國際原子能機(jī)構(gòu)組織的微型反應(yīng)堆低濃化會議。鑒于原子能院在微堆研發(fā)方面的成熟技術(shù)，國際原子能機(jī)構(gòu)建議首先在原子能院微堆上進(jìn)行高濃鈾的低濃化轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。
2011年年底，國家原子能機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)原子能院與美國能源部阿貢實(shí)驗(yàn)室合作，對原子能院微堆進(jìn)行低濃化改造，卸下微堆高濃鈾堆芯，裝入低濃鈾燃料堆芯。
微堆低濃化改造涉及堆芯物理設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、燃料組件設(shè)計制造、裝卸料、乏燃料管理、反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)調(diào)試等諸多環(huán)節(jié)?！岸研驹O(shè)計是最難的?！崩盍x國說，“由于低濃鈾堆芯的燃料芯體和包殼材料與之前的不同，其熱工、物理性能等也均有較大不同，須重新進(jìn)行物理、熱工和結(jié)構(gòu)設(shè)計，且只能在原有小尺寸的堆芯空間內(nèi)作出合理調(diào)整，從而使設(shè)計難度大大增加?！?/span>
經(jīng)過5年左右的攻關(guān)，原子能院成功地將微堆中的核燃料富集度從90%降至12.5%，并實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。
“試驗(yàn)參數(shù)完全符合設(shè)計要求，標(biāo)志著我們完全掌握了微堆低濃化的技術(shù)?！眹以幽軝C(jī)構(gòu)秘書長劉永德表示，基于這一成果，中國微堆技術(shù)已被國際原子能機(jī)構(gòu)定義為全球3種具有固有安全性的核能設(shè)施之一。
中國工程院院士周永茂表示，微堆低濃化以后，除保證了安全性、提高了使用性能以外，應(yīng)用也更為廣泛，比如可應(yīng)用到與百姓關(guān)系更加密切的治療癌癥的醫(yī)療裝置中。
“走出去”的先行者再出發(fā)
雖然原子能院的微堆低濃化改造已圓滿完成，但考慮到核不擴(kuò)散問題，中國正不遺余力地開展全球微堆低濃化工作。
“微堆是中國反應(yīng)堆‘走出去’的先行者?！崩盍x國告訴記者，我國的微堆在研制完成后從上世紀(jì)80年代末開始邁出國門，在多個國家作為核能研究設(shè)施落地，并發(fā)揮了重要作用。截至目前，原子能院已為巴基斯坦、加納、尼日利亞等國建設(shè)了微堆。
如今，中國微堆技術(shù)迎來了再次走出國門的機(jī)會。
“2004年9月，我們與國際原子能機(jī)構(gòu)和加納簽訂了加納微堆低濃鈾供應(yīng)協(xié)議，目前正全力推進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)行。”李義國的腦子里存著一張時間表：今年6月完成低濃鈾燃料加工，7～8月完成零功率實(shí)驗(yàn)，年底完成低濃鈾裝料和調(diào)試。
加納微堆是原子能院于1995年通過國際原子能機(jī)構(gòu)為加納設(shè)計、建造的該國第一座研究堆。今年7月，加納相關(guān)技術(shù)人員還將來華接受低濃鈾微堆培訓(xùn)。而尼日利亞的微堆低濃化工作也已提上日程。
“微堆低濃化改造成功是中國為防止核擴(kuò)散、加強(qiáng)核安全作出的實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)。”李義國自豪地說。
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