大陸核燃料研究獲突破 鈾利用率提高逾95%

天境傳媒 郭玫蘭 專題 報導(責任編輯 李欣怡)
兩岸國際時事科技EconomyScienceTechnology兩岸國際時事科學科技經濟2017-06-10

中國科學院最新提出的全新加速器驅動先進核能系統,可將鈾資源利用率由目前技術「不到1%」提高到「超過95%」,處理後核廢料量不到乏燃料的4%,放射壽命由數十萬年縮短到約500年。可望使核裂變能成為近萬年可持續、安全、清潔的戰略能源。

位於浙江嘉興的秦山核電站。  圖/易能源網
位於浙江嘉興的秦山核電站。 圖/易能源網

中國科學院於2017年6月8日舉行新聞發佈會,說明由該院近代物理研究所原創提出的全新加速器驅動先進核能系統,可將鈾資源利用率由目前技術的「不到1%」提高到「超過95%」,處理後核廢料量不到乏燃料(用過的核燃料)的4%,放射壽命由數十萬年縮短到約500年。

這些為探索更高效、更安全的核燃料循環體系奠定了基礎,可望使核裂變能成為近萬年可持續、安全、清潔的戰略能源。原能會官員分析,鈾資源利用率若能提高到「超過95%」,相當於製造原子彈的能量等級,相當驚人。

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中科院近代物理研究所副所長徐瑚珊表示,發展清潔、高效、安全、可靠的核裂變能,是解決未來能源供應、保障大陸經濟社會可持續發展的戰略選擇。然而,核裂變能可持續發展必須解決核燃料的利用效率和乏燃料的安全處理處置問題,這是國際核能界面臨的共同挑戰。

2011年中科院啟動戰略性先導科技專項(A類)「未來先進核裂變能-ADS(加速器驅動次臨界系統)嬗變系統」,經過6年多的不懈努力和奮力攻關,該專項從零開始,突破了一些關鍵核心技術,並部分引領國際發展。

在認識到傳統的ADS方案在經濟性上缺乏競爭力且技術挑戰巨大之後,這項專項原創地提出「加速器驅動先進核能系統」全新概念,並已通過大規模並行計算模擬研究,證明其原理上的可行性,完成一系列實驗室模擬原理驗證實驗並取得了突破性進展。

中國科學家提出的「加速器驅動先進核能系統」變國際上「分離-嬗變」策略的「精耕細作、吃細糧」為「吃粗糧且吃乾搾淨」,將為全人類和平利用核能貢獻源自中國的原始創新。

伴隨核電發展,反應堆使用過的核燃料(乏燃料)如何處理已成為人們無法回避的難題。中國大陸的科學家最新在乏燃料的安全處置方面取得突破。

中國科學院近代物理研究所副所長徐瑚珊說,ADS中文名為「加速器驅動次臨界系統」,即利用加速器產生的高能離子轟擊散裂靶,再產生高通量、硬能譜的中子,驅動次臨界堆芯運行,達到乏燃料嬗變的目的。

ADS概念始於20世紀90年代初,目前尚未有建成的裝置。歐、美、日等國的ADS系統研發正在從關鍵技術攻關轉入系統集成建設,中國科學家在這場「競爭」中也有獨創成果。

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「ADS系統主要組成就是加速器、散裂靶和次臨界反應堆,本月初,中科院的研究團隊建成國際上第一台ADS超導質子直線加速器前端示範樣機,通過中科院組織的25MeV(兆電子伏特)達標測試。他們還原創性提出顆粒流散裂靶的概念並建成原理樣機。

此外,研制的國際首台ADS研究專用鉛基臨界/次臨界雙模式運行零功率裝置通過了中科院組織的臨界達標測試,進入實驗運行。

大陸的科學家不滿足於此,他們在攻關ADS的同時原創性地提出全新的核能系統概念ADANES(加速器驅動先進核能系統)。後者除了擁有比ADS更先進的燃燒系統,還新增「加速器驅動乏燃料再生循環系統」。

2016年至2023年是ADANES原理驗證、系統集成及規模驗證階段,力爭到2030年時建成百兆瓦級工程示範項目。

為了紓解中核和中廣核之間的競爭,核電的國家主管部門的之一國防科工局曾在2012年提出方案,將中核的核燃料元件廠分離出來成立專門的元件公司,由中核和中廣核分別持股。

最後折衷的方案是由兩家公司通過建設核燃料產業園實現合作。中核計劃將天然鈾到核燃料元件生產的整個產業鏈,都納入到這一產業園中。雙方股比的初步分配是中核佔股51%,中廣核佔49%。

由於中國大陸核電發展的歷史原因,負責核燃料生產各環節的加工企業布局較為分散,從鈾礦濃縮到燃料組件的生產,在大陸涉及五個省,且都多處於偏遠地區,成本較高,因此中核一直想在東部沿海建立核燃料產業園。

上述產業園最後選址於廣東省江門鶴山市。但是,該項目遭到了當地群眾的反對。2013年7月,江門市核燃料項目被宣布取消,中核和中廣核的合作暫時中止。

江門項目暫停之後,河北滄州廠址進入中核的視野,中核重提合作建設核燃料產業園事項。但中廣核不同意在這一廠址進行入股,可能是嫌地理位置太遠。

隨後,中核提出了規劃建設「一南一北」兩個核燃料的計劃。河北滄州核燃料產業園由中核一家單獨建設。據中核介紹,目前進展順利,後續將向國家報批,履行項目審批的程序。

而廣東核燃料產業園由於選址尚未確定,進展緩慢。根據廣東省清潔能源建設項目投資計劃表顯示,新規劃的核燃料產業園項目的業主仍為中核和中廣核,計劃總投資450億元。

大陸國防科工局仍考慮由中核和中廣核共同建設,但這兩家尚未談攏,中廣核仍然希望能夠爭取到獨立建設核燃料產業園或元件廠。

大陸核燃料產業應該堅持中核專營,還是向中廣核開放,在國家主管部門層面的意見也並不一致。

核電燃料產業屬於典型的軍民結合體系,之前一直由國防科工局主管,但隨着民用核電的發展,大陸國家能源局介入並逐漸加強了對核電的管理。

國防科工局認為,核燃料是重要的戰略資源,從國防安全的角度看,希望能夠在中核的管理下,維持如今的軍民一體化體系。國家能源局則從核電市場的角度出發,支持核燃料市場向中廣核開放。

核燃料產業園的合作尚無進展,但兩家在核燃料自主技術研發方面均取得了巨大的進步。尤其是中廣核,實現了突破性進展,這讓它更有了與中核競爭的底氣。

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