快堆，高效利用鈾資源，保障核燃料供應(yīng)安全
——專訪我國快堆首席專家徐銤院士

Fast Reactor can Effectively Use of Uranium Resources to Ensure the Security of Nuclear Fuel Supply——Interview with Academician XU Mi，Chief Expert in
the Field of Fast Reactor

編者按：“快堆”是“鈉冷快中子反應(yīng)堆”的簡(jiǎn)稱，是世界上第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的首選堆型，代表了第四代核能系統(tǒng)的發(fā)展方向?？於训暮巳剂祥]合式循環(huán)，可使鈾資源利用率提高至60%以上，也可使長壽命核廢料產(chǎn)生量得到最大程度地降低，實(shí)現(xiàn)放射性廢物最小化。國際社會(huì)普遍認(rèn)為，發(fā)展和推廣快堆，可以從根本上解決世界能源的可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展問題。

徐 銤 中國工程院院士、中國核工業(yè)集團(tuán)公司快堆首席專家，中國原子能科學(xué)研究院快堆工程部總工程師(1996-2012)，國家能源工程快堆工程研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任。徐銤是中國快堆事業(yè)的開拓者和奠基人之一。

遠(yuǎn)見卓識(shí)，與快堆結(jié)下不解之緣

《中國核電》：徐銤院士，您好！作為我國快堆方面的首席專家，請(qǐng)問您當(dāng)初是如何參與到研究快堆這一偉大事業(yè)中的？

徐銤：1955年，國家在北京西南郊區(qū)建設(shè)了新的核科研基地，代號(hào)為601所，就是后來的中國原子能科學(xué)研究院。國家把601所作為一個(gè)基礎(chǔ)核研究基地，當(dāng)時(shí)毛主席和周總理都非常重視。

1961年7月，我畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系核反應(yīng)堆工程專業(yè)，來到601所從事零功率實(shí)驗(yàn)裝置物理試驗(yàn)工作，渴望能為祖國的核事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。1964年，為積極響應(yīng)黨中央的號(hào)召，作為那個(gè)時(shí)代的“下放干部”，我被下放到了信陽專區(qū)河南羅山縣，一年之后才回來?；貋淼臅r(shí)候，我所在的研究所已經(jīng)成立了多個(gè)專業(yè)小組來研究快堆，包括物理、鈉工藝、熱工水力、材料、燃料等。這個(gè)時(shí)候我國快堆處于基礎(chǔ)研究階段，而我對(duì)快堆領(lǐng)域還一無所知，所以就利用空閑時(shí)間跑圖書館查資料。從已經(jīng)發(fā)展快堆的國家發(fā)表的一些文章中我發(fā)現(xiàn)了快堆的優(yōu)點(diǎn)，比如快堆可以增殖，即裂變?nèi)剂峡梢栽綗蕉?，?duì)此我非常感興趣。

1970年6月29日晚11點(diǎn)，這是一個(gè)具有重大意義的時(shí)刻，我們研究小組研制的快中子零功率實(shí)驗(yàn)裝置達(dá)到臨界。當(dāng)時(shí)研究小組有兩個(gè)運(yùn)行班，我是其中一個(gè)班的班長。臨界時(shí)，正趕上我所在的班值班，那是我一生難忘的時(shí)刻。這是我國第一個(gè)快中子零功率裝置達(dá)到臨界。

1971年，由于政治原因，國家將一些關(guān)鍵的、重要的研究工作轉(zhuǎn)移到四川的核工業(yè)一院，就是現(xiàn)在的中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院。當(dāng)時(shí)快堆科研陷入了經(jīng)費(fèi)不足、方向不明確的窘境，研究人員一撥接著一撥離開，原本300余人的隊(duì)伍在短短一年中只剩下100多人。我選擇堅(jiān)持下來，繼續(xù)堅(jiān)持研究快堆工作。

1986年，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）改變了快堆的命運(yùn)。當(dāng)時(shí)200多位專家匯聚北京，共同商討，我也參加了這一次決定快堆命運(yùn)的關(guān)鍵會(huì)議。討論會(huì)上，我作為快堆主要負(fù)責(zé)人之一，與其他同志一起提出了發(fā)展快堆的建議。發(fā)言后，與會(huì)專家對(duì)快堆項(xiàng)目發(fā)展前景及戰(zhàn)略意義開展了廣泛的討論，最終我們快堆獲得了最多的經(jīng)費(fèi)，快堆作為能源領(lǐng)域的項(xiàng)目納入了國家“863計(jì)劃”。國家給了快堆項(xiàng)目3.9億的經(jīng)費(fèi)，其他的還有高溫氣冷堆和聚變裂變混合堆等，經(jīng)費(fèi)相對(duì)少一些，可以看出，國家對(duì)快堆的發(fā)展是非常重視的。

內(nèi)外有援，實(shí)現(xiàn)快堆跨越式發(fā)展

《中國核電》：我國快堆的建設(shè)經(jīng)歷了怎樣的過程，請(qǐng)您簡(jiǎn)單解答一下。徐銤：可以說，“863計(jì)劃”對(duì)快堆的發(fā)展是一個(gè)非常大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這個(gè)項(xiàng)目還得到了時(shí)任國家科技委主任宋健的支持，他認(rèn)為中國實(shí)驗(yàn)快堆是個(gè)重要項(xiàng)目，所以他召集當(dāng)時(shí)的計(jì)委（現(xiàn)在的發(fā)改委）、科技委（現(xiàn)在的科技部），還有核工業(yè)部（現(xiàn)在的中核集團(tuán)）一起湊了3億多經(jīng)費(fèi)。之后在中國原子能科學(xué)研究院重新組建快堆小組。

1990年，我們開始進(jìn)行中國實(shí)驗(yàn)快堆概念設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)不夠，一開始團(tuán)隊(duì)對(duì)快堆技術(shù)了解得不夠透徹，需要不斷地摸索，所以花費(fèi)了大量的時(shí)間。這個(gè)時(shí)候，俄羅斯的專家在北京核工業(yè)展覽會(huì)上了解到我國正在研制快堆，希望與我方合作，而我們也希望有專家指導(dǎo)，雙方達(dá)成一致。首先的合作內(nèi)容是俄方審閱我們的概念設(shè)計(jì)，對(duì)我方的概念設(shè)計(jì)提了幾條意見，當(dāng)然也贊成我們選擇的一些運(yùn)行參數(shù)，這些參數(shù)比較接近原型快堆的參數(shù)。法國也是有建造快堆豐富經(jīng)驗(yàn)的國家，也贈(zèng)送給我們6個(gè)快堆專業(yè)的設(shè)計(jì)程序，并培養(yǎng)我們的技術(shù)人員學(xué)會(huì)使用。我國實(shí)驗(yàn)快堆在俄羅斯機(jī)械制造試驗(yàn)設(shè)計(jì)局、俄羅斯核動(dòng)力設(shè)計(jì)院和俄羅斯動(dòng)力研究院合作下自主設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行。我們也從俄方購買了一些關(guān)鍵的安全設(shè)備，如泵、蒸汽發(fā)生器、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、燃料操作機(jī)等，即便如此，建造快堆設(shè)備的國產(chǎn)化率仍在70%以上。

按照正常的進(jìn)度，建成實(shí)驗(yàn)快堆后，下一步應(yīng)該依次做原型快堆、示范快堆，最后設(shè)計(jì)、建造商用大堆。借助于俄方有關(guān)實(shí)驗(yàn)快堆的經(jīng)驗(yàn)支持，我們選擇中國實(shí)驗(yàn)快堆的主要參數(shù)盡量接近大堆，把原型快堆跳過去直接做示范快堆。目前該堆正在設(shè)計(jì)，將于2017年底開始建造。

節(jié)能減排，堅(jiān)持核能利用的可持續(xù)發(fā)展

《中國核電》：請(qǐng)您介紹一下快堆對(duì)我國核電發(fā)展有哪些重要意義？

徐銤：快堆對(duì)我國有多重要呢？如果沒有快堆的話，我國未來核能發(fā)展會(huì)很受限制。大家普遍認(rèn)為我國鈾資源比較豐富，但是我國未來需要建設(shè)大量的壓水堆核電站，同時(shí)就需要充足的鈾資源，而現(xiàn)有的鈾資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一座100萬千瓦的壓水堆，運(yùn)行60年需要1萬噸天然鈾；如果我國在未來30年需要建設(shè)200個(gè)百萬千瓦級(jí)壓水堆，就需要200萬噸天然鈾，這是相當(dāng)大的量。國際上，天然鈾的價(jià)格高達(dá)130～260美元/千克鈾（目前的價(jià)格是20～40美元/千克鈾），國際產(chǎn)量也就只有500～700多萬噸，所以我們要用200萬噸鈾資源不太可能實(shí)現(xiàn)。如果我國的鈾資源主要依靠進(jìn)口，若出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致我們200個(gè)百萬千瓦級(jí)的壓水堆核電站停堆，后果不堪設(shè)想。所以，不能依靠國外的鈾資源來支撐我國未來所有的核電站。

發(fā)展快堆則解決了這個(gè)問題，壓水堆用的是天然鈾中僅占0.7%的235U，但在天然鈾中占93%的238U在吸收中子后會(huì)衰變成裂變材料钚。將壓水堆產(chǎn)生的钚裝在快堆中運(yùn)行，功率較大的快堆就能增殖钚，也就是钚越“燒”越多。這一過程真正消耗的是238U，把238U變成了裂變的材料，相當(dāng)于變廢為寶。如果單單是壓水堆，利用率僅有0.5%～1%，有了快堆以后，天然鈾利用率能夠達(dá)到60%～70%。

我國目前還面臨一個(gè)很重要的問題：霧霾。霧霾的產(chǎn)生原因是什么？是二氧化碳，我國人口眾多，我國排放的二氧化碳是最多的；每生產(chǎn)1度電，排放的二氧化碳也是最多的。第三次政府間氣候變化專門委員會(huì)做出了決定：在2050年到2100年間，各國要把二氧化碳的排放降到現(xiàn)在的一半，如果不能做到，可能會(huì)被他國收取碳稅。在各種清潔能源中，從整個(gè)生產(chǎn)鏈產(chǎn)生的碳當(dāng)量講，核能是每度電排放量最少的。所以我們應(yīng)大力發(fā)展壓水堆核電站，盡快建起大型的增殖快堆，到2035年，將大型商用快堆投入運(yùn)行。我們的目標(biāo)是從2020年開始設(shè)計(jì)，用15年的時(shí)間建造一個(gè)120萬千瓦的大堆。為什么是120萬千瓦？因?yàn)榉▏?、俄羅斯、日本都是120萬千瓦，便于互相之間交流學(xué)習(xí)。我國應(yīng)根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長避短，發(fā)展快堆，提高鈾資源的利用效率，對(duì)緩解我國的能源危機(jī)、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)有著至關(guān)重要的作用。

安全至上，縱深防御消除顧慮

《中國核電》：目前，核電的安全性受到公眾廣泛的關(guān)注，請(qǐng)您談一談快堆的安全是如何保障的？

徐銤：從1960年起世界范圍內(nèi)開始建造的快堆全都是鈉冷快堆，一共有21座，所有快堆運(yùn)行過程中，沒有發(fā)生過一起放射性鈉泄漏事故。

快堆中最令人顧慮和擔(dān)憂的是鈉水反應(yīng)，所有設(shè)備中僅蒸汽發(fā)生器中有水，管外的鈉不是一回路的放射性鈉，而是幾乎無放射性的二回路鈉。換熱管萬一泄漏就會(huì)發(fā)生鈉水反應(yīng)。實(shí)際上，這是在可控范圍內(nèi)的，反應(yīng)堆不僅按核安全級(jí)的設(shè)計(jì)和建造，而且安裝有多種探測(cè)器，如果發(fā)生工業(yè)事故——鈉火或鈉水反應(yīng)，只要保證有放射性的鈉不會(huì)泄漏出去即可。具體是這樣控制的：一回路有一個(gè)直徑為8 m的大鈉池，外面還套有一個(gè)相同厚度材料的保護(hù)池；內(nèi)部池里有260 t的鈉，一旦泄漏到保護(hù)池底部，兩個(gè)池中間的探測(cè)器會(huì)立即探測(cè)到，并且外部池會(huì)兜住這些鈉。換句話說，260 t的放射性鈉不會(huì)對(duì)外部環(huán)境造成影響。

另外一個(gè)問題是，我們要把鈉抽出來放到另外一個(gè)小房間去凈化，將鈉凈化到雜質(zhì)在3 ppm以下，這樣鈉在接觸不銹鋼時(shí)，不銹鋼每年僅腐蝕5μm，而池壁的厚度是25 mm，絕對(duì)不會(huì)腐蝕穿透不銹鋼。房間內(nèi)的裝鈉管道是雙層管，所以有雙重保障，不會(huì)漏鈉。有人擔(dān)心，鈉可能通過管道內(nèi)的一些設(shè)備泄漏出來，這個(gè)顧慮也是可以消除的，首先這個(gè)房間是密閉的，一旦大量泄漏，馬上充入氮?dú)?，或者減送風(fēng)量、增抽風(fēng)量，鈉就逐漸不再燃燒了。其次，在管道底下放一個(gè)接鈉盤，這個(gè)盤子呈傘狀，如果鈉落到傘上就從管子流到接鈉盤中，所漏出的93%到97%的鈉，都會(huì)保存在盤子里；再加上管道里的氧很少，因此不易燃燒。就算發(fā)生鈉火，通過探測(cè)器可以探測(cè)到，馬上處理就沒有問題。至于二回路的鈉，幾乎沒有放射性，出了問題也純粹屬于工藝事故。

現(xiàn)在還有一個(gè)大家比較擔(dān)心的問題，就是霧火。它噴出來后會(huì)很快燃燒。如果空氣比較潮濕，120 ℃、110 ℃就可能燃燒。原來沒有一個(gè)快堆遇到過這種情況。但是比利時(shí)在做太陽能設(shè)備試驗(yàn)的時(shí)候，由于壓力過高而發(fā)生了霧火。我們的處理方法是，假如發(fā)生霧火，房間一旦壓力大了，房門會(huì)自動(dòng)打開，將氣體釋放到另外一個(gè)房間而減壓。另外，管道的設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，使用雙層管，并放一些探測(cè)絲以便及時(shí)探測(cè)，多重保障萬無一失。這一層一層的探測(cè)保護(hù)措施稱之為“縱深防御”。

中國實(shí)驗(yàn)快堆堆芯熔化的概率是10－6/堆年。即使熔化，也不會(huì)發(fā)生蒸汽爆炸，因?yàn)殁c的導(dǎo)熱能力非常強(qiáng)，是水的130倍。一旦堆芯熔化，向下流動(dòng)接觸鈉時(shí)溫度大約是450 ℃，還需上升433 ℃以上才能夠變成蒸汽，由于鈉冷卻非?？欤瑢?dǎo)出大量熱量，溫度無法達(dá)到臨界點(diǎn)，因此不會(huì)產(chǎn)生蒸汽爆炸。堆芯熔化后流到一個(gè)傘形的大盤子里，為防止二次臨界，傘形將熔融的堆芯自動(dòng)鋪開，鈉的自然對(duì)流把熱量帶走，放射性物質(zhì)就在池子里，不會(huì)泄漏，即最強(qiáng)的放射性物質(zhì)會(huì)限制在堆容器（鈉池）以內(nèi)?？梢钥闯?，縱深防御的理念始終貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)周期。

任重道遠(yuǎn)，顧全大局發(fā)展核電

《中國核電》：目前，我國在發(fā)展核電過程中遇到一些阻礙，請(qǐng)您談?wù)勎覀儜?yīng)該如何看待核電的發(fā)展？

徐銤：國際上，現(xiàn)在美國不愿意建設(shè)大的快堆，也不鼓勵(lì)國外建大的快堆，因?yàn)榭於旬a(chǎn)生的239Pu是核武器的原料。美國主張建造一些小模塊式的快堆，但是俄羅斯、法國、日本、韓國、印度不這樣認(rèn)為。中國、俄羅斯、法國、日本、印度、韓國現(xiàn)在都不會(huì)放棄快堆，尤其像中國這樣需要能源大量的國家，要想不受制于人，就必須把快堆建成。我們有信心，也有能力！

我國對(duì)建設(shè)核電站是有嚴(yán)格的安全要求的：第一，要保證隨時(shí)可以停堆；第二，發(fā)生事故時(shí)余熱一定要能導(dǎo)出去；第三，不能污染環(huán)境?，F(xiàn)在在建的以及未來要建的核電站都必須達(dá)到這三個(gè)要求。目前，由于公眾關(guān)于核電知識(shí)的普及不夠，導(dǎo)致我國內(nèi)陸廠址無法開始。我認(rèn)為，核電站在設(shè)計(jì)時(shí)就要保證不會(huì)污染環(huán)境。如果將含放射性的廢水變成膠體或者固體，就不易污染環(huán)境。其次，核電站還是應(yīng)該規(guī)?；ㄔO(shè)起來，因?yàn)槟壳皼]有別的清潔能源可供使用。太陽能、風(fēng)能在生產(chǎn)裝置設(shè)備時(shí)釋放出來的二氧化碳要比核能高。原因是因?yàn)檫@些能源密度小，需要的設(shè)備量就大，占地面積也大；而核能密度大，生產(chǎn)同樣的電能，核能需要生產(chǎn)鏈的設(shè)備少，放出的二氧化碳就少，占地面積也小。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的評(píng)估，核能排放的二氧化碳是最低的，風(fēng)能放出的二氧化碳大約是核電的兩倍多，所以發(fā)展核電是現(xiàn)階段環(huán)保的首選。

我認(rèn)為，核電發(fā)展不單單是一個(gè)技術(shù)性問題，也是國家的問題。如果是國家小，能源可以依賴進(jìn)口，比如意大利；而我國則不同，無法輸入電能。輸入石油和天然氣有一定風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)該把精力放在國家的需要上，把我國真正的能量發(fā)揮出來，這是最穩(wěn)妥的。核能在一個(gè)國家不僅僅是能源，還代表一個(gè)國家的綜合國力。目前，“一帶一路”的很多沿線國家都希望能夠發(fā)展核能，這樣就給我國的核電發(fā)展提供了一個(gè)很好的機(jī)遇。我國核電開發(fā)與建設(shè)已形成自己的特色，自主研發(fā)的第三代百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組“華龍一號(hào)”目前已經(jīng)走出國門，形成自己的品牌。因此，我國核電發(fā)展應(yīng)該從國家的角度考慮，要充分發(fā)揮這種顧全大局的精神。面對(duì)爭(zhēng)議，我們應(yīng)該用辯證的眼光看待，求同存異，審時(shí)度勢(shì)，從大局出發(fā)，謀求長期效益。

（本刊記者 王丹）