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快堆外景。胡鋼
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這是一個(gè)讓中國(guó)人自豪的時(shí)刻，這也是一個(gè)讓世界矚目的時(shí)刻——2010年7月21日9時(shí)50分，在北京中國(guó)原子能科學(xué)研究院，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司副總經(jīng)理、中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)楊長(zhǎng)利莊嚴(yán)宣布：“中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆達(dá)到首次臨界。”他說(shuō)，這標(biāo)志著中國(guó)的四代核電系統(tǒng)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，中國(guó)核能發(fā)展從此跨入新時(shí)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(mèng)想。中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆首次臨界，讓這一夢(mèng)想在中國(guó)核能專(zhuān)家們的手中正一步步接近現(xiàn)實(shí)。
起步，近半個(gè)世紀(jì)的夢(mèng)想
中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是中國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)的中國(guó)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(shí)可以將壓水堆乏燃料中存在的長(zhǎng)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(guó)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(guó)走了將近半個(gè)世紀(jì)的里程。
據(jù)了解，中國(guó)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(kāi)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(lái)總理特批50公斤高濃鈾建成的“東風(fēng)-6號(hào)”零功率實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)快堆技術(shù)發(fā)展“零”的突破。
但此時(shí)，正值“文革”期間，國(guó)家經(jīng)濟(jì)困難，沒(méi)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(shí)陷入困境。
直到上世紀(jì)80年代，改革開(kāi)放的春風(fēng)給我國(guó)高科技發(fā)展帶來(lái)了生機(jī)。1986年3月，鄧小平對(duì)王大珩、王淦昌、楊家墀、陳芳允等四位科學(xué)家關(guān)于我國(guó)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(jì)劃誕生。經(jīng)專(zhuān)家論證，快堆脫穎而出，成為“863”計(jì)劃能源反應(yīng)堆主題項(xiàng)目。
1992年3月14日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)863計(jì)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(guó)實(shí)驗(yàn)快堆。徐銤說(shuō)：“熱功率65兆瓦、電功率20兆瓦的中國(guó)原型快堆的開(kāi)發(fā)是我國(guó)快堆應(yīng)用的‘關(guān)鍵一步’。”
合作，堅(jiān)持自主創(chuàng)新
按照“863”計(jì)劃中關(guān)于利用國(guó)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(kāi)始，中俄兩國(guó)科學(xué)家在中國(guó)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(jì)咨詢(xún)、技術(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)技術(shù)咨詢(xún)、燃料組件和大型設(shè)備制造、人員培訓(xùn)等。2000年7月，兩國(guó)政府簽署在中國(guó)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(jiān)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(shí)全面消化吸收，并把自主創(chuàng)新作為貫穿設(shè)計(jì)、建造、安裝、調(diào)試過(guò)程中的一條主線。”原子能科學(xué)研究院院長(zhǎng)趙志祥告訴記者，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆技術(shù)設(shè)計(jì)采取了符合世界快堆發(fā)展趨勢(shì)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(lái)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(guó)實(shí)驗(yàn)快堆設(shè)計(jì)過(guò)程就是自主創(chuàng)新的過(guò)程。”趙志祥說(shuō)，在工程設(shè)計(jì)方面，中國(guó)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(dòng)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(jì)，快堆的換料是在封閉系統(tǒng)中靠遙控自動(dòng)完成的，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控和主控室設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了主控室操作，給操縱員應(yīng)急操作帶來(lái)了極大的方便……
建設(shè)，中國(guó)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(gè)工程。”徐銤說(shuō)，2000年5月30日，隨著第一罐混凝土澆灌，中國(guó)首座實(shí)驗(yàn)快堆開(kāi)工建設(shè)。當(dāng)時(shí)，科技部、環(huán)保部等主管部門(mén)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)、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(huì)戰(zhàn)，合力攻關(guān)。
據(jù)介紹，在實(shí)驗(yàn)快堆建筑工程16個(gè)子項(xiàng)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(gè)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(gè)因素增加了穹頂?shù)脑O(shè)計(jì)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(jì)，嚴(yán)格施工，于2002年8月15日實(shí)現(xiàn)主廠房封頂。
“中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆有近200多個(gè)系統(tǒng)，設(shè)備達(dá)7000多臺(tái)套。除幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備從國(guó)外進(jìn)口外，其他全部由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和制造，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到70%以上。”趙志祥說(shuō)，比如，中國(guó)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(guó)一重集團(tuán)與原子能院一起聯(lián)合設(shè)計(jì)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(xiě)了自主創(chuàng)新的新篇章，同時(shí)標(biāo)志著我國(guó)在核設(shè)備設(shè)計(jì)制造能力方面取得了新的突破。
“2008年底，中國(guó)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(guó)家核安全局頒發(fā)的首次裝料許可證。”
2010年7月21日，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆實(shí)現(xiàn)首次臨界，讓中國(guó)成為繼美、英、法等國(guó)之后，世界上第8個(gè)擁有快堆技術(shù)的國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)，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(shí)，產(chǎn)生多于消耗的核燃料。 |