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快堆外景。胡鋼
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這是一個讓中國人自豪的時刻，這也是一個讓世界矚目的時刻——2010年7月21日9時50分，在北京中國原子能科學(xué)研究院，中國核工業(yè)集團(tuán)公司副總經(jīng)理、中國實(shí)驗(yàn)快堆領(lǐng)導(dǎo)小組組長楊長利莊嚴(yán)宣布：“中國實(shí)驗(yàn)快堆達(dá)到首次臨界。”他說，這標(biāo)志著中國的四代核電系統(tǒng)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，中國核能發(fā)展從此跨入新時代。
“核燃料越燒越多，核廢料越燒越少”這曾是幾代核電人的夢想。中國實(shí)驗(yàn)快堆首次臨界，讓這一夢想在中國核能專家們的手中正一步步接近現(xiàn)實(shí)。
起步，近半個世紀(jì)的夢想
中國實(shí)驗(yàn)快堆是中國科學(xué)家自主研發(fā)的中國第一座快中子反應(yīng)堆，它可以將鈾資源的利用率從壓水堆的約1%提高到60%～70%，同時可以將壓水堆乏燃料中存在的長壽命放射性廢物當(dāng)作核燃料燒掉。“因?yàn)榫哂懈玫慕?jīng)濟(jì)性、安全性和廢物產(chǎn)生量少等特點(diǎn)，快堆被世界認(rèn)為是第四代核電技術(shù)的關(guān)鍵。”中國原子能科學(xué)研究院快堆總工程師徐銤告訴記者，在快堆發(fā)展之路上，中國走了將近半個世紀(jì)的里程。
據(jù)了解，中國的快堆研究起步于上世紀(jì)60年代中期，主要在物理、熱工、結(jié)構(gòu)材料和鈉工藝等方面開展了一些基礎(chǔ)研究，并建成了一批小型實(shí)驗(yàn)裝置。其中，最具有代表性的研究成果是1969年由周恩來總理特批50公斤高濃鈾建成的“東風(fēng)-6號”零功率實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了我國快堆技術(shù)發(fā)展“零”的突破。
但此時，正值“文革”期間，國家經(jīng)濟(jì)困難，沒有足夠的科研經(jīng)費(fèi)，加上發(fā)展方向和技術(shù)路線不明確，快堆發(fā)展一時陷入困境。
直到上世紀(jì)80年代，改革開放的春風(fēng)給我國高科技發(fā)展帶來了生機(jī)。1986年3月，鄧小平對王大珩、王淦昌、楊家墀、陳芳允等四位科學(xué)家關(guān)于我國應(yīng)跟蹤世界高技術(shù)前沿的建議信函作出重要批示，“863”高技術(shù)發(fā)展計劃誕生。經(jīng)專家論證，快堆脫穎而出，成為“863”計劃能源反應(yīng)堆主題項目。
1992年3月14日，國務(wù)院批準(zhǔn)863計劃能源技術(shù)領(lǐng)域的研究發(fā)展目標(biāo)，建成一座熱功率65兆瓦的中國實(shí)驗(yàn)快堆。徐銤說：“熱功率65兆瓦、電功率20兆瓦的中國原型快堆的開發(fā)是我國快堆應(yīng)用的‘關(guān)鍵一步’。”
合作，堅持自主創(chuàng)新
按照“863”計劃中關(guān)于利用國外成熟經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)發(fā)展自己的宗旨，從1992年開始，中俄兩國科學(xué)家在中國實(shí)驗(yàn)快堆建造中進(jìn)行了全面合作，內(nèi)容包括概念設(shè)計咨詢、技術(shù)設(shè)計、設(shè)計驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、設(shè)計技術(shù)咨詢、燃料組件和大型設(shè)備制造、人員培訓(xùn)等。2000年7月，兩國政府簽署在中國建造和運(yùn)行快中子實(shí)驗(yàn)堆的合作協(xié)議，把中俄快堆技術(shù)合作推向新階段。
“在技術(shù)合作中，中方始終堅持以我為主，在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)的同時全面消化吸收，并把自主創(chuàng)新作為貫穿設(shè)計、建造、安裝、調(diào)試過程中的一條主線。”原子能科學(xué)研究院院長趙志祥告訴記者，中國實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)設(shè)計采取了符合世界快堆發(fā)展趨勢的“高起點(diǎn)方案”，主要參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置接近商用快堆，使其具備了原型快堆的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其核安全特性要求達(dá)到后來提出的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的水平。
“快堆技術(shù)的困難，比熱堆要復(fù)雜得多。中國實(shí)驗(yàn)快堆設(shè)計過程就是自主創(chuàng)新的過程。”趙志祥說，在工程設(shè)計方面，中國實(shí)驗(yàn)快堆與俄羅斯快堆技術(shù)相比取得了多方面突破：在世界上首次采用了非能動事故余熱排出系統(tǒng)，與世界已建快堆相比，是最安全的一座快堆；自主完成了反應(yīng)堆換料系統(tǒng)設(shè)計，快堆的換料是在封閉系統(tǒng)中靠遙控自動完成的，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計是先進(jìn)可靠的；采用了先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，自主完成計算機(jī)監(jiān)控和主控室設(shè)計，大大簡化了主控室操作，給操縱員應(yīng)急操作帶來了極大的方便……
建設(shè)，中國實(shí)驗(yàn)快堆實(shí)現(xiàn)臨界
“如同搭積木與蓋房子的關(guān)系，快堆最大的困難就是把實(shí)驗(yàn)變成一個工程。”徐銤說，2000年5月30日，隨著第一罐混凝土澆灌，中國首座實(shí)驗(yàn)快堆開工建設(shè)。當(dāng)時，科技部、環(huán)保部等主管部門現(xiàn)場檢查和監(jiān)造，中核集團(tuán)快堆領(lǐng)導(dǎo)小組全程控制和協(xié)調(diào)，業(yè)主、設(shè)計、建筑施工、設(shè)備安裝和建設(shè)監(jiān)理單位等多路大軍協(xié)同會戰(zhàn)，合力攻關(guān)。
據(jù)介紹，在實(shí)驗(yàn)快堆建筑工程16個子項目中，安全要求最高、施工難度最大的是反應(yīng)堆廠房。傳統(tǒng)的核反應(yīng)堆廠房穹頂為半球形，而快堆廠房穹頂是由4個半圓形組成的“瓜皮帽形”，又因?yàn)轳讽敇?biāo)高57米，致使反應(yīng)堆大廳有40米的凈空高度。這兩個因素增加了穹頂?shù)脑O(shè)計施工難度。核工業(yè)二院和核工業(yè)二四建設(shè)公司團(tuán)結(jié)協(xié)作，精心設(shè)計，嚴(yán)格施工，于2002年8月15日實(shí)現(xiàn)主廠房封頂。
“中國實(shí)驗(yàn)快堆有近200多個系統(tǒng)，設(shè)備達(dá)7000多臺套。除幾個關(guān)鍵設(shè)備從國外進(jìn)口外，其他全部由國內(nèi)設(shè)計和制造，國產(chǎn)化率達(dá)到70%以上。”趙志祥說，比如，中國實(shí)驗(yàn)快堆的核心部件——堆容器，高12米，直徑8米，壁厚25毫米，重達(dá)1100多噸，堆內(nèi)構(gòu)件多達(dá)900多種，重700多噸。該容器屬于大型薄壁容器，制造和安裝難度極大。中國一重集團(tuán)與原子能院一起聯(lián)合設(shè)計并承擔(dān)了這一大型非標(biāo)設(shè)備的制造和安裝，并實(shí)現(xiàn)了一次制造成功、一次運(yùn)輸成功、一次安裝成功，創(chuàng)造了快堆大型核設(shè)備制造的高質(zhì)量，也譜寫了自主創(chuàng)新的新篇章，同時標(biāo)志著我國在核設(shè)備設(shè)計制造能力方面取得了新的突破。
“2008年底，中國實(shí)驗(yàn)快堆進(jìn)入了緊張的集中調(diào)試階段。原子能科學(xué)研究院全力以赴，用智慧和激情創(chuàng)造了零事故、聯(lián)合調(diào)試工期最短的世界紀(jì)錄。”徐銤告訴記者，“2009年8月，反應(yīng)堆裝料前的調(diào)試任務(wù)全部圓滿完成，并在9月取得了國家核安全局頒發(fā)的首次裝料許可證。”
2010年7月21日，中國實(shí)驗(yàn)快堆實(shí)現(xiàn)首次臨界，讓中國成為繼美、英、法等國之后，世界上第8個擁有快堆技術(shù)的國家。
[相關(guān)鏈接]快堆：核燃料越燒越多 核廢料越燒越少
快堆是快中子增殖反應(yīng)堆的簡稱，這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，其重要特點(diǎn)是在消耗核燃料的同時，產(chǎn)生多于消耗的核燃料。 |