12月15日，我國(guó)第一座鈉冷快中子反應(yīng)堆——中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆首次達(dá)到100%功率，向快堆商業(yè)化邁出了重要一步。這個(gè)好消息的確令關(guān)心中國(guó)核工業(yè)發(fā)展的人們振奮，但也讓不少網(wǎng)友對(duì)中國(guó)核能建設(shè)產(chǎn)生了一些過(guò)于樂(lè)觀的想法。

快堆的全稱是快中子增殖反應(yīng)堆，也就是堆芯中核燃料裂變反應(yīng)主要由平均能量為0.1Mev以上的快中子引起的反應(yīng)堆，主要特點(diǎn)是在消耗核燃料（钚-239）的同時(shí)，產(chǎn)生多于消耗的核燃料（钚-239裂變放出快中子，鈾-238吸收后變?yōu)殁?239，鈾-239經(jīng)過(guò)幾次衰變后轉(zhuǎn)化為钚-239），真正做到核燃料越燒越多，核廢料越燒越少。如果在發(fā)展熱堆核電站的同時(shí)，匹配的發(fā)展快堆核電站，熱堆生產(chǎn)的工業(yè)钚可以作為快堆的初裝料，快堆運(yùn)行時(shí)消耗鈾-238，增殖核燃料钚。這樣，兩種堆型匹配發(fā)展，并封閉核燃料循環(huán)，可將鈾資源的利用率從單純發(fā)展熱堆的1％左右提高到60％～70％。

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆

所謂快堆并不是什么新鮮事物，從上世紀(jì)四十年代就開(kāi)始起步研究，只比熱堆晚出現(xiàn)四年，而且第一座實(shí)現(xiàn)核能發(fā)電的就是快堆。（1942年12月2日，美國(guó)科學(xué)家費(fèi)米在芝加哥的一個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室里，用石墨和碳棒建立了世界上第一個(gè)可控制的核反應(yīng)堆。1946年美國(guó)就建成世界上第一座實(shí)驗(yàn)性快中子反應(yīng)堆即熱功率25千瓦的克來(lái)門汀 Clementine。）但是半個(gè)多世紀(jì)后，快堆仍然停留在實(shí)驗(yàn)堆的基礎(chǔ)上，還未發(fā)展到商用階段。這主要是因?yàn)樵诩夹g(shù)上快堆比熱堆難度要大得多。

快堆堆芯與一般的熱堆堆芯不同，分為燃料區(qū)和增殖再生區(qū)兩部分。由于堆內(nèi)要求的中子能量較高，所以快堆中無(wú)需特別添加慢化中子的材料，即快堆中無(wú)慢化劑。目前快堆中的冷卻劑主要有兩種：液態(tài)金屬鈉或氦氣。世界上現(xiàn)有的、正在建造的和計(jì)劃建造的都是鈉冷快堆。鈉的缺點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)活潑，易與氧和水起化學(xué)反應(yīng)。所以在使用鈉時(shí)要采取嚴(yán)格的防范措施，這比熱堆中用水作為冷卻劑的問(wèn)題要復(fù)雜得多。由于安全控制難度及運(yùn)行成本太高，所以其他國(guó)家對(duì)快堆大規(guī)模投入實(shí)際應(yīng)用很謹(jǐn)慎，還沒(méi)有一個(gè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)熱堆的替代。

我國(guó)的快堆研究始于1965年，1995才進(jìn)入設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。在快堆技術(shù)探索的道路上，日本、印度、法國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)已經(jīng)走得很遠(yuǎn)。1967年，法國(guó)建成名為“狂想曲”的熱功率為4萬(wàn)千瓦的反應(yīng)堆。1974年，25萬(wàn)千瓦的快中子反應(yīng)堆投入運(yùn)行。1980年，蘇聯(lián)建成電功率60萬(wàn)千瓦的快中子實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，有著相當(dāng)于秦山核電站的二期工程的發(fā)電量。1985年法、德、意三國(guó)建成的功率120千瓦的經(jīng)濟(jì)驗(yàn)證快堆Superhenix-1。同年，印度在法國(guó)人的幫助下建立試驗(yàn)熱中子反應(yīng)堆。1994年日本建成的功率31.8萬(wàn)千瓦的文殊（Monju）原形快堆。

按照規(guī)劃，我國(guó)快堆工程發(fā)展分三步走，實(shí)驗(yàn)快堆是發(fā)展的第一步，第二步是設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行電功率60萬(wàn)千瓦以上的中國(guó)原型或示范快堆，將于2020年建成運(yùn)行。第三步是建設(shè)100－150萬(wàn)千瓦電功率大型高增殖商用快堆核電站，預(yù)計(jì)2025年建成，2030－2035年批量建造推廣。參照其他國(guó)家快堆發(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這個(gè)規(guī)劃難免有些過(guò)于樂(lè)觀了。

根據(jù)國(guó)家“清潔能源重大工程包”的介紹，近期能源建設(shè)的重點(diǎn)是西南水電和沿海核電。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行核電機(jī)組21臺(tái)，裝機(jī)容量1902萬(wàn)千瓦，在建核電機(jī)組27臺(tái)，裝機(jī)容量2953萬(wàn)千瓦，在世界在建機(jī)組數(shù)量上排第一位。能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃再次加碼，到2020年核電運(yùn)行裝機(jī)容量達(dá)到5800萬(wàn)千瓦、在建規(guī)模達(dá)3000萬(wàn)千瓦。如此大規(guī)模新建熱堆，原料瓶頸和環(huán)境隱患問(wèn)題是無(wú)法回避的。如果快堆的商業(yè)化進(jìn)程出現(xiàn)重大延遲，那么每年數(shù)以萬(wàn)噸計(jì)的新增鈾原料需求和核廢料怎么解決？這個(gè)隱患不可忽視。

北緯40°作者賜稿 文 | 東風(fēng)

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