發展核循環是我國核能發展的戰略選擇

2015-10-10
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去年,我國加快了核電重啟的步伐,政府最新發布的“能源發展戰略行動計劃”再一次明確了核電中長期發展目標,預計在不久的將來,我國核電裝機容量將成為世界第一;今年,核電“走出去”勢頭強勁,自我國自主三代核電品牌“華龍一號”落地福清5號機組后,獲得多個國家關注,與多國簽訂了合作協議……

然而,無論是國內的核電建設還是該產業走出國門的步伐都不可避免地受到兩大問題的制約——鈾資源的供應保障與乏燃料的長期安全管理。可以說,正是當前核電產業的蓬勃發展將這個突出問題從“幕后”推到了“臺前”。

中國的鈾資源對于支持如此大的壓水堆核電發展計劃來說壓力很大,只通過市場采購恐怕難以滿足需求。同時,隨著我國核電裝機容量的不斷增加,核電站乏燃料迅速產生,需要離堆外運貯存的乏燃料量也不斷增長。據預測,到2030年,中國壓水堆核電站乏燃料累計約23500噸,而離堆貯存的需求將達到15000噸。同時,就核電技術出口而言,國際上關于“核電技術由哪國提供,其乏燃料處置、退役等問題也由哪國解決”的呼聲愈來愈強烈。由此來看,我國核電產業乏燃料的安全管理問題面臨著巨大的挑戰。

這一難題究竟該如何破解?近日,記者采訪了中國科學院院士、我國后處理技術專家王方定,中國工程院院士、中核集團公司科技委主任潘自強,中國工程院院士、中核集團公司快堆技術首席專家徐銤,與他們共同探討我國核能可持續發展的關鍵途徑——核循環產業。

中文亚洲无线码記者(以下簡稱“記”):近年來,隨著核電產業的大發展,大家對于核電產業越來越熟悉了,但是與其相關的核循環產業卻知之甚少。發展核循環產業有哪些好處?它的意義究竟體現在哪里?

中文亚洲无线码潘自強(以下簡稱“潘”):核循環產業可以將從乏燃料中提取的核材料重新制成核燃料返回到壓水堆、快堆或重水堆中使用發電,從而大大提高鈾資源的利用率,節約鈾資源;可使用玻璃固化技術,將后處理工藝產生的高放廢液固化,大大降低乏燃料管理難度,提高固有安全。既能得到新的燃料,又能減少廢物,從技術角度講,這當然是一件好事情。

另外,從人類核能利用技術進步的角度出發,后處理還是第四代核能系統的關鍵技術之一,是連接熱堆與快堆的必由之路。“后處理+快堆”的多次循環系統,即為核能發展三步走的第二步目標。

對核電站的乏燃料進行后處理是核科技不斷發展與核能利用的綜合體現,也是人類能源利用技術和領域不斷進步的重要內容。因此,從現實與長遠來看,后處理都將是保證核電可持續發展的關鍵環節和有效手段。

記:潘自強院士談到后處理是第四代核能系統的關鍵技術之一,是連接熱堆與快堆的必由之路。作為快堆專家,徐銤院士您能詳細解釋一下后處理技術與第四代核能系統的關系嗎?

中文亚洲无线码徐銤(以下簡稱徐):首先,我想談談發展快堆的意義。中國原子能科學研究院早在1965年開始鈉冷快堆的基礎科研時,很快就意識到快堆能增殖裂變燃料,也就是核裂變燃料越燒越多。何謂越燒越多?快堆的裂變燃料可以是鈾235或钚。天然鈾中的鈾235只有0.7%左右,鈾238卻占約99.3%。100兆瓦熱功率的快堆就能增殖钚,也就是用多余的中子打在鈾238上就能生產多于消耗掉的鈾235或钚。所以,在快堆中鈾235能用,鈾238也能用,發展快堆技術可使天然鈾的利用率達到70%以上。因為利用率高,更貧的鈾礦也值得開采,則世界上可采的鈾資源將提高千倍。

中文亚洲无线码到上世紀80年代,從國外的研究認識到快堆能焚燒和嬗變反應堆運行后產生的長壽命高放射性廢物。一座1000兆瓦電功率的快堆能焚燒和嬗變掉5~10座同等功率的壓水堆產生的長壽命高放射性廢物,剩下一般裂變產物,可以安全地貯存,極大地減少環境被污染的可能。

中文亚洲无线码進入新世紀,全球都在重視低碳排放的需求。我國碳排放無論是以國家計,還是按每生產一千瓦時電釋放的碳當量計都是世界第一。我們知道,核能是最清潔的。單單發展壓水堆,容量會受天然鈾中鈾235含量有限的限制,有了快堆與壓水堆相匹配,特別是快堆的增殖和長壽命高放射性廢物的焚燒和嬗變,就可以實現我國核能的可持續而且是大規模發展,可以大量替代高碳能源,這是未來的方向。

前面講的是未來。現在呢?有兩種裂變燃料,一是鈾235,二是钚239,相比之下,鈾235用于熱堆(壓水堆)更易裂變,鈾235在自然界中存在,理應先發展壓水堆。壓水堆運行時能將一部分鈾238變成钚,快堆能使用钚,因為它增殖能力更強,所以快堆用钚更合理。

中文亚洲无线码如何從壓水堆中拿出钚來給快堆用?就要靠后處理廠對壓水堆的乏燃料進行處理,做成燃料給快堆用,快堆使用后的乏燃料,再由后處理廠取出有用的材料提供給快堆用,這樣就成為核燃料循環的產業了。

王方定中國核化學家,中國科學院院士。曾任中國原子能科學研究院科技委主任,中國核工業總公司科技委顧問。

王方定負責研制中國第一顆原子彈引爆中子源;參與創建了一整套放射化學診斷法,廣泛應用于核試驗中多種項目測量。

潘自強中國工程院院士,現任中國核工業集團公司科學技術委員會主任,兼任國家環保部核安全與環境委員會副主席等職。

中文亚洲无线码潘自強積極推動“輻射事故和應急體系”的建立,在我國輻射防護法規和標準體系的建立方面做了開拓性工作,并受委托主持編制新的“國家輻射防護標準”,提出了“放射性廢物管理應以處置為中心的觀點”,奠定了我國放射性廢物安全管理的基礎。

中文亚洲无线码徐 銤中國工程院院士,現任中國核工業集團公司快堆核電站技術領域首席專家、國家能源快堆工程研發(實驗)中心學術委員會副主任。

徐銤是我國快堆事業的開拓者和奠基人之一,在快堆發展戰略研究、快堆技術基礎研究和首座實驗快堆的成功設計和建造等方面做出了系統性的突出貢獻。

來源:中國核電信息網