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【院士专家谈 · 一】发展核循环是我国核能发展的战略选择


《中国核工业报》    杨阿卓|文

去年,我国加快了核电重启的步伐,政府最新发布的“能源发展战略行动计划”再一次明确了核电中长期发展目标,预计在不久的将来,我国核电装机容量将成为世界第一;今年,核电“走出去”势头强劲,自我国自主三代核电品牌“华龙一号”落地福清5号机组后,获得多个国家关注,与多国签订了合作协议……

然而,无论是国内的核电建设还是该产业走出国门的步伐都不可避免地受到两大问题的制约——铀资源的供应保障与乏燃料的长期安全管理。可以说,正是当前核电产业的蓬勃发展将这个突出问题从“幕后”推到了“台前”。

中国的铀资源对于支持如此大的压水堆核电发展计划来说压力很大,只通过市场采购恐怕难以满足需求。同时,随着我国核电装机容量的不断增加,核电站乏燃料迅速产生,需要离堆外运贮存的乏燃料量也不断增长。据预测,到2030年,中国压水堆核电站乏燃料累计约23500吨,而离堆贮存的需求将达到15000吨。同时,就核电技术出口而言,国际上关于“核电技术由哪国提供,其乏燃料处置、退役等问题也由哪国解决”的呼声愈来愈强烈。由此来看,我国核电产业乏燃料的安全管理问题面临着巨大的挑战。

这一难题究竟该如何破解?近日,记者采访了中国科学院院士、我国后处理技术专家王方定,中国工程院院士、中核集团公司科技委主任潘自强,中国工程院院士、中核集团公司快堆技术首席专家徐銤,与他们共同探讨我国核能可持续发展的关键途径——核循环产业。


记者(以下简称“记”):近年来,随着核电产业的大发展,大家对于核电产业越来越熟悉了,但是与其相关的核循环产业却知之甚少。发展核循环产业有哪些好处?它的意义究竟体现在哪里?

潘自强(以下简称“潘”):核循环产业可以将从乏燃料中提取的核材料重新制成核燃料返回到压水堆、快堆或重水堆中使用发电,从而大大提高铀资源的利用率,节约铀资源;可使用玻璃固化技术,将后处理工艺产生的高放废液固化,大大降低乏燃料管理难度,提高固有安全。既能得到新的燃料,又能减少废物,从技术角度讲,这当然是一件好事情。

另外,从人类核能利用技术进步的角度出发,后处理还是第四代核能系统的关键技术之一,是连接热堆与快堆的必由之路。“后处理+快堆”的多次循环系统,即为核能发展三步走的第二步目标。

对核电站的乏燃料进行后处理是核科技不断发展与核能利用的综合体现,也是人类能源利用技术和领域不断进步的重要内容。因此,从现实与长远来看,后处理都将是保证核电可持续发展的关键环节和有效手段。

记:潘自强院士谈到后处理是第四代核能系统的关键技术之一,是连接热堆与快堆的必由之路。作为快堆专家,徐銤院士您能详细解释一下后处理技术与第四代核能系统的关系吗?

徐銤(以下简称徐):首先,我想谈谈发展快堆的意义。中国原子能科学研究院早在1965年开始钠冷快堆的基础科研时,很快就意识到快堆能增殖裂变燃料,也就是核裂变燃料越烧越多。何谓越烧越多?快堆的裂变燃料可以是铀235或钚。天然铀中的铀235只有0.7%左右,铀238却占约99.3%。100兆瓦热功率的快堆就能增殖钚,也就是用多余的中子打在铀238上就能生产多于消耗掉的铀235或钚。所以,在快堆中铀235能用,铀238也能用,发展快堆技术可使天然铀的利用率达到70%以上。因为利用率高,更贫的铀矿也值得开采,则世界上可采的铀资源将提高千倍。

到上世纪80年代,从国外的研究认识到快堆能焚烧和嬗变反应堆运行后产生的长寿命高放射性废物。一座1000兆瓦电功率的快堆能焚烧和嬗变掉5~10座同等功率的压水堆产生的长寿命高放射性废物,剩下一般裂变产物,可以安全地贮存,极大地减少环境被污染的可能。

进入新世纪,全球都在重视低碳排放的需求。我国碳排放无论是以国家计,还是按每生产一千瓦时电释放的碳当量计都是世界第一。我们知道,核能是最清洁的。单单发展压水堆,容量会受天然铀中铀235含量有限的限制,有了快堆与压水堆相匹配,特别是快堆的增殖和长寿命高放射性废物的焚烧和嬗变,就可以实现我国核能的可持续而且是大规模发展,可以大量替代高碳能源,这是未来的方向。

前面讲的是未来。现在呢?有两种裂变燃料,一是铀235,二是钚239,相比之下,铀235用于热堆(压水堆)更易裂变,铀235在自然界中存在,理应先发展压水堆。压水堆运行时能将一部分铀238变成钚,快堆能使用钚,因为它增殖能力更强,所以快堆用钚更合理。

如何从压水堆中拿出钚来给快堆用?就要靠后处理厂对压水堆的乏燃料进行处理,做成燃料给快堆用,快堆使用后的乏燃料,再由后处理厂取出有用的材料提供给快堆用,这样就成为核燃料循环的产业了。

王方定

中国核化学家,中国科学院院士。曾任中国原子能科学研究院科技委主任,中国核工业总公司科技委顾问。

王方定负责研制中国第一颗原子弹引爆中子源;参与创建了一整套放射化学诊断法,广泛应用于核试验中多种项目测量。

潘自强

 中国工程院院士,现任中国核工业集团公司科学技术委员会主任,兼任国家环保部核安全与环境委员会副主席等职。

潘自强积极推动“辐射事故和应急体系”的建立,在我国辐射防护法规和标准体系的建立方面做了开拓性工作,并受委托主持编制新的“国家辐射防护标准”,提出了“放射性废物管理应以处置为中心的观点”,奠定了我国放射性废物安全管理的基础。

徐 銤

中国工程院院士,现任中国核工业集团公司快堆核电站技术领域首席专家、国家能源快堆工程研发(实验)中心学术委员会副主任。

徐銤是我国快堆事业的开拓者和奠基人之一,在快堆发展战略研究、快堆技术基础研究和首座实验快堆的成功设计和建造等方面做出了系统性的突出贡献。


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