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快堆:核能可持续发展的关键技术
2014年07月21日

  您知道什么是快堆吗?如果您还不了解这一前沿技术,就有可能陷入“谈核色变”的恐慌。如果您想解开疑惑,重新认识核电,了解核电中的最新技术,快来中国科技馆参加夏季科学展吧——在这里展出的中国实验快堆展通过模型讲解、专家讲座、游戏、动画等多种多样的方式,帮助您了解这一前沿科技。

  作为中国实验快堆展的系列活动之一,7月18日,77岁高龄的我国快堆首席专家徐銤院士在中国科技馆带来一场面对面讲座,为公众详细解读核能可持续发展的关键技术——快堆。

我国快堆首席专家徐銤院士为公众解读快堆技术

  核能是解决环境问题的最优选择

  在今天,环境污染已经成为一个全球性问题,由此带来的气候变暖等问题严重威胁着人类的可持续发展。而我国目前大量使用化石燃料,如煤、天然气、石油等,其温室气体排放量较高,使酸雨、有毒气体、粉尘和大环境二氧化碳等问题日益严重。维持人类的可持续发展,大力发展清洁能源已经成为一种共识。

  那么,在我国能源发展过程中,都有哪些能源呢?徐銤院士谈到,在现有能源中,主要包括以太阳能、风能、水力地热、潮汐等为代表的可再生能源,以煤、天然气、石油、水合物为代表的化石能源,以天然元素为代表的核能。在这些能源中,“核能是解决环境问题和减排温室气体的最优选择”。徐銤院士说。

  “比较这些能源在电力生产链中产生的温室气体排放比,核能是最低的。在产生电能需要的地域面积这一指标上,核能也是最低的”,徐銤院士认为,“要大量减少温室气体,就要大规模的清洁能源,核能就应得到大规模、可持续发展。”

院士与公众面对面交流

  快堆:高效利用铀资源 循环利用核废料

  核能要保持可持续发展,需解决两个至关重要的问题,第一是铀资源的有限性,第二是高放废物的处理和处置。

  就目前在核电站广泛应用的压水堆技术来看,压水堆对天然铀资源的利用率只有约1%。世界上可供经济开采的铀资源有限,据国际原子能机构(IAEA)和国际经济合作与发展组织的核能机构2009年发布的红皮书《2009年铀:资源、生产和需求》的数据显示,2009年世界铀矿山产量为50572吨铀,以此来看,一代人内即将遇到资源瓶颈,有限的铀资源无法解决人类无限需求的能源问题。

  快堆技术可以有效解决铀资源利用率的问题。“快堆可将铀资源利用率提高到60%~70%。由于利用率的提高,以目前探明的天然铀储量推测,快堆的使用可以解决人类千年的能源问题。” 徐銤院士对此表示乐观。

  徐銤院士进一步解释快堆技术为什么可以提升铀资源的利用率。他说,在此前的热堆技术中,核反应燃料的主要元素是铀-235,但是在天然铀中,99.2%以上都是不能发生裂变的铀-238,铀的整体利用率很小,反应后,余下是会产生辐射的铀-238核废料。而快堆不用铀-235,而是用钚-239作燃料,不过在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子,被装在外围再生区的铀-238吸收,变为铀-239,铀-239经过几次衰变后转化为钚-239。在大型快堆中,平均每10个铀-235原子核裂变可使12至14个铀-238转变成钚-239。这样,钚-239裂变,在产生能量的同时,又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239,而且再生速度高于消耗速度,快速增殖,真正做到核燃料越烧越多,核废料越烧越少。

  从理论上说,不考虑燃料循环过程的损耗,快堆是可以把所有铀原子都裂变利用的,资源利用率为百分之百。但按目前燃料循环过程中各环节的加工损耗水平估算,资源利用率为60%左右。

  徐銤院士介绍,核燃料废物本身具有高放射性,核电站乏燃料中包括长寿命稀有锕系核素MA、长寿命裂变产物LLFP和一般中、短寿命的裂变产物。如果处理和处置不好,对环境和子孙后代将产生巨大的危害。而快堆技术对于核废料的循环利用能够极大降低乏燃料的毒性。

  以快堆来看,热堆反应后的燃料剩余物的放射性仍然很强,如果直接进行地质处置,耗资极其惊人。徐銤院士说,“这些核废料在快堆反应中经过回收再利用以后,一般中短寿命的裂变产物经过三四百年的衰变期,其放射性毒性便相当该堆所使用天然铀的毒性水平,可以大大减少核废物处置量,降低乏燃料长期毒性风险。快堆技术既能节约燃料,又可以减少污染,可以说一举两得。” 

夏季科学展上的中国实验快堆展

  快堆成为我国第四代先进核能的首选堆型

  徐銤院士表示,第四代核能系统第一条要求是可持续发展,目前,在我国技术已成熟的钠冷快堆不仅可以消除铀资源匮乏之虞,而且免除长寿命高放核废物贮存的环境风险之忧,自然成为第四代首选堆型。

  据悉,2010年7月,由中核集团、中国原子能科学研究院自主研发的我国第一座快中子反应堆——中国实验快堆(CEFR)达到首次临界。我国成为继美、英、法等国之后,世界上第8个拥有快堆技术的国家。 

  由于快堆能一举解决铀矿资源枯竭、核材料利用率低和核废料难以处理等三大棘手问题。国际社会普遍认为,发展和推广快堆,可以从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问题。

  在参与、体验、趣味中了解前沿科技

展厅内公众积极参与互动

  在聆听完徐銤院士精彩、生动的讲座,经历了一场前沿科技的头脑风暴,一些观众来到中国实验快堆展前,结合讲座中了解到的知识,参观快堆模型,亲身体验“快堆搭建”和“快堆反应”的小游戏,在游戏中自建快堆,操作快堆在核电中的每一步反应,着实过了一把当科学家的瘾。

  一些小观众被快堆展厅内播放的动画《神奇的快堆》吸引住,小朋友们跟随片中的四位小朋友共同聆听“快堆博士”介绍快堆。片中的四位小朋友在“快堆博士”的讲解下,由 “恐惧核电”到“期待核电”,他们的经历有没有给您带来启发呢?

  通过多种多样的形式增加科学的互动性和趣味性,体现前沿科技的时尚与魅力,吸引公众了解科技、体验科技、热爱科技,这正是本季夏季科学展带给大家的新体验、新时尚。 
 

信息中心供稿
 

责任编辑:王以芳

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