中国四代核电自主创新大突破

　　这是一个让中国人自豪的时刻，这也是一个让世界瞩目的时刻———2010年7月21日9时50分，在北京中国原子能科学研究院，中国核工业集团公司副总经理、中国实验快堆领导小组组长杨长利庄严宣布：“中国实验快堆达到首次临界。”他说，这标志着中国的四代核电系统技术取得了突破性进展，中国核能发展从此跨入新时代。

　　“核燃料越烧越多，核废料越烧越少”这曾是几代核电人的梦想。中国实验快堆首次临界，让这一梦想在中国核能专家们的手中正一步步接近现实。

　　起步，近半个世纪的梦想

　　中国实验快堆是中国科学家自主研发的中国第一座快中子反应堆，它可以将铀资源的利用率从压水堆的约1%提高到60%～70%，同时可以将压水堆乏燃料中存在的长寿命放射性废物当作核燃料烧掉。“因为具有更好的经济性、安全性和废物产生量少等特点，快堆被世界认为是第四代核电技术的关键。”中国原子能科学研究院快堆总工程师徐銤告诉记者，在快堆发展之路上，中国走了将近半个世纪的里程。

　　据了解，中国的快堆研究起步于上世纪60年代中期，主要在物理、热工、结构材料和钠工艺等方面开展了一些基础研究，并建成了一批小型实验装置。其中，最具有代表性的研究成果是1969年由周恩来总理特批50公斤高浓铀建成的“东风-6号”零功率实验装置，实现了我国快堆技术发展“零”的突破。

　　但此时，正值“文革”期间，国家经济困难，没有足够的科研经费，加上发展方向和技术路线不明确，快堆发展一时陷入困境。

　　直到上世纪80年代，改革开放的春风给我国高科技发展带来了生机。1986年3月，邓小平对王大珩、王淦昌、杨家墀、陈芳允等四位科学家关于我国应跟踪世界高技术前沿 的 建 议 信 函 作 出 重 要 批 示 ，“863”高技术发展计划诞生。经专家 论 证 ， 快 堆 脱 颖 而 出 ， 成 为“863”计划能源反应堆主题项目。

　　1992年3月14日，国务院批准863计划能源技术领域的研究发展目标，建成一座热功率65兆瓦的中国实验快堆。徐銤说：“热功率65兆瓦、电功率20兆瓦的中国原型快堆的开发是我国快堆应用的‘关键一步’。”

　　合作，坚持自主创新

　　按照“863”计划中关于利用国外成熟经验和先进技术发展自己的宗旨，从1992年开始，中俄两国科学家在中国实验快堆建造中进行了全面合作，内容包括概念设计咨询、技术设计、设计验证实验、设计技术咨询、燃料组件和大型设备制造、人员培训等。2000年7月，两国政府签署在中国建造和运行快中子实验堆的合作协议，把中俄快堆技术合作推向新阶段。

　　“在技术合作中，中方始终坚持以我为主，在引进先进技术和成熟经验的同时全面消化吸收，并把自主创新作为贯穿设计、建造、安装、调试过程中的一条主线。”原子能科学研究院院长赵志祥告诉记者，中国实验快堆技术设计采取了符合世界快堆发展趋势的“高起点方案”，主要参数和系统设置接近商用快堆，使其具备了原型快堆的一些结构特点，其核安全特性要求达到后来提出的第四代先进核能系统的水平。

　　“快堆技术的困难，比热堆要复杂得多。中国实验快堆设计过程就是自主创新的过程。”赵志祥说，在工程设计方面，中国实验快堆与俄罗斯快堆技术相比取得了多方面突破：在世界上首次采用了非能动事故余热排出系统，与世界已建快堆相比，是最安全的一座快堆；自主完成了反应堆换料系统设计，快堆的换料是在封闭系统中靠遥控自动完成的，经实验验证该设计是先进可靠的；采用了先进的数字化技术，自主完成计算机监控和主控室设计，大大简化了主控室操作，给操纵员应急操作带来了极大的方便……

　　建设，中国实验快堆实现临界

　　“如同搭积木与盖房子的关系，快堆最大的困难就是把实验变成一个工程。”徐銤说，2000年5月30日，随着第一罐混凝土浇灌，中国首座实验快堆开工建设。当时，科技部、环保部等主管部门现场检查和监造，中核集团快堆领导小组全程控制和协调，业主、设计、建筑施工、设备安装和建设监理单位等多路大军协同会战，合力攻关。

　　据介绍，在实验快堆建筑工程16个子项目中，安全要求最高、施工难度最大的是反应堆厂房。传统的核反应堆厂房穹顶为半球形，而快堆厂房穹顶是由4个半圆形组成的“瓜皮帽形”，又因为穹顶标高57米，致使反应堆大厅有40米的净空高度。这两个因素增加了穹顶的设计施工难度。核工业二院和核工业二四建设公司团结协作，精心设计，严格施工，于2002年8月15日实现主厂房封顶。

　　“中国实验快堆有近200多个系统，设备达7000多台套。除几个关键设备从国外进口外，其他全部由国内设计和制造，国产化率达到70%以上。”赵志祥说，比如，中国实验快堆的核心部件———堆容器，高12米，直径8米，壁厚25毫米，重达1100多吨，堆内构件多达900多种，重700多吨。该容器属于大型薄壁容器，制造和安装难度极大。中国一重集团与原子能院一起联合设计并承担了这一大型非标设备的制造和安装，并实现了一次制造成功、一次运输成功、一次安装成功，创造了快堆大型核设备制造的高质量，也谱写了自主创新的新篇章，同时标志着我国在核设备设计制造能力方面取得了新的突破。

　　“2008年底，中国实验快堆进入了紧张的集中调试阶段。原子能科学研究院全力以赴，用智慧和激情创造了零事故、联合调试工期最短的世界纪录。”徐銤告诉记者，“2009年8月，反应堆装料前的调试任务全部圆满完成，并在9月取得了国家核安全局颁发的首次装料许可证。”

　　2010年7月21日，中国实验快堆实现首次临界，让中国成为继美、英、法等国之后，世界上第8个拥有快堆技术的国家。

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　　快堆：

　　核燃料越烧越多核废料越烧越少

　　快堆是快中子增殖反应堆的简称，这是堆芯中核燃料裂变反应主要由平均能量为0.1M ev以上的快中子引起的反应堆，其重要特点是在消耗核燃料的同时，产生多于消耗的核燃料。

　　一、热堆与快堆

　　目前全世界有400多座核电站，多数为轻水堆，分压水堆和沸水堆两类，主要是由热中子引发裂变反应，因而又被称为热堆。热堆消耗的主要核燃料是铀235。自然界中铀235的蕴藏量仅占0.66%，其余绝大部分是铀238，占99.2%。为保证核反应正常进行，一般轻水堆采用3%～4%的浓缩铀235为原料，也就是说真正参与核反应的原料铀235只有3%～4%，余下是会产生辐射的铀238核废料。

　　快堆不用铀235，而用钚239作燃料，不过在堆心燃料钚239的外围再生区里放置铀238。钚239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀238吸收，变为铀239，铀239经过几次衰变后转化为钚239。在大型快堆中，平均每10个铀235原子核裂变可使12至14个铀238转变成钚239。这样，钚239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀238变成可用燃料钚239，而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速增殖，所以这种反应堆又称快速增殖堆。

　　二、快堆的优势

　　核燃料越烧越多：目前，在核电站中广泛应用的压水堆(如我国的秦山、大亚湾核电站堆型)对天然铀资源的利用率只有约1%，而快堆则可将这一利用率提高到60%～70%。这对充分利用我国的铀资源，促进核电持续发展，解决我国的后续能源供应问题具有重要意义。

　　由于利用率的提高，相对较贫的铀矿有了开采的价值。就世界范围讲，可采铀资源将因此增加上千倍。以目前探明的天然铀储量推测，快堆的使用可以使铀资源可持续利用3000年以上。

　　核废料越烧越少：热堆反应后的剩余物的放射性仍然很强，如果直接进行地质处置，耗资极其惊人。而这些核废料在快堆反应中经过回收再利用以后，放射性物质的衰变期只有二三百年，可以大大减少核废物处置量，降低乏燃料长期毒性风险。

　　三、世界快堆发展历程

　　国际上快堆发展从上世纪40年代起步，只比热堆晚四年，而且第一座实现核能发电的是快堆。截至目前，世界上共建成了各种类型的快堆21座———

　　1946年，美国建成世界上第一座实验性快中子反应堆，即热功率25千瓦的克来门汀(Clem entine)。

　　1967年，法国建成名为“狂想曲”的热功率为4万千瓦的反应堆；1974年，25万千瓦的快中子反应堆投入运行。

　　1980年，苏联建成电功率60万千瓦的快中子实验反应堆。

　　1985年，法、德、意三国建成功率120 千瓦的经济验证快堆Superhenix-1。

　　1994年，日本建成功率31 .8万千瓦的文殊(M onju)原型快堆。

　　由于技术难度大，世界各国的快堆仍然停留在实验堆的基础上，尚未发展到商用阶段。随着快堆技术的日臻完善，接近成熟，国际上预计将掀起快堆发展高潮。

　　俄罗斯：已开始建造两座80万千瓦的快堆电站，一座在斯维尔德洛夫斯克，一座在南乌拉尔。

　　日本：成立了日本核燃料循环研究院，加强快堆技术开发。

　　韩国：在美国通用电气的帮助下积极发展功率13万千瓦的实验快堆。

　　巴西：开始组织快堆技术的发展工作。

　　印度：2001年开始建造电功率50万千瓦的快堆电站。

　　(材料由中核集团提供)

　　国网能源研究院与维斯塔斯联手破解中国风电上网难题

　　记者从日前在北京召开的《中国风电与电网协调发展联合研究阶段性成果报告》发布会上获悉，国内能源及电力行业著名的研究机构国网能源研究院正在与全球风电巨头维斯塔斯公司联手破解我国风电并网难题。

　　这份“阶段性成果报告”认为，尽快制定新的严格的风电并网导则，加强电力系统统一规划，加强电网建设特别是更高等级的输电网络建设，同时还要加强对风电出力的预测等，是解决风电并网的关键因素。

　　据了解，中国是目前世界上增长速度最快的风力发电市场。2009年，新增风电装机容量超过13吉瓦；预计到2020年，累计装机容量将至少达到120吉瓦。但另一方面，随着风电开发的飞速发展，大规模风电入网及消纳问题，将成为能否实现我国风电行业健康、可持续发展的决定性因素。

　　国家电网能源研究院副院长蒋莉萍说：“国网能源研究院希望通过与维斯塔斯的真诚合作，借鉴丹麦及其它国家在风电并网规划及运行管理方面的先进经验，从技术和管理两个方面入手，探索风电与电网协调发展的最佳策略，以促进风电的大规模、可持续发展。”

　　“维斯塔斯希望利用其全球风电经验为中国风电产业发展做出贡献。”维斯塔斯中国公司政府关系总监程红介绍说，“除了维斯塔斯本企业资深专家外，我们还邀请了丹麦国家电网公司等多家欧洲单位共同加入这一重要研究，分享国际先进的风电和电网发展经验。”(李新民)