快堆，高效利用鈾資源，保障核燃料供應安全——專訪我國快堆首席專家徐銤院士

快堆，高效利用鈾資源，保障核燃料供應安全
——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“鈉冷快中子反應堆”的簡稱，是世界上第四代先進核能系統的首選堆型，代表了第四代核能系統的發展方向?？於训暮巳剂祥]合式循環，可使鈾資源利用率提高至60%以上，也可使長壽命核廢料產生量得到最大程度地降低，實現放射性廢物最小化。國際社會普遍認為，發展和推廣快堆，可以從根本上解決世界能源的可持續發展和綠色發展問題。

徐 銤 中國工程院院士、中國核工業集團公司快堆首席專家，中國原子能科學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（實驗）中心學術委員會副主任。徐銤是中國快堆事業的開拓者和奠基人之一。

遠見卓識，與快堆結下不解之緣

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

徐銤：1955年，國家在北京西南郊區建設了新的核科研基地，代號為601所，就是后來的中國原子能科學研究院。國家把601所作為一個基礎核研究基地，當時毛主席和周總理都非常重視。

1961年7月，我畢業于清華大學工程物理系核反應堆工程專業，來到601所從事零功率實驗裝置物理試驗工作，渴望能為祖國的核事業貢獻自己的力量。1964年，為積極響應黨中央的號召，作為那個時代的“下放干部”，我被下放到了信陽專區河南羅山縣，一年之后才回來?；貋淼臅r候，我所在的研究所已經成立了多個專業小組來研究快堆，包括物理、鈉工藝、熱工水力、材料、燃料等。這個時候我國快堆處于基礎研究階段，而我對快堆領域還一無所知，所以就利用空閑時間跑圖書館查資料。從已經發展快堆的國家發表的一些文章中我發現了快堆的優點，比如快堆可以增殖，即裂變燃料可以越燒越多，對此我非常感興趣。

1970年6月29日晚11點，這是一個具有重大意義的時刻，我們研究小組研制的快中子零功率實驗裝置達到臨界。當時研究小組有兩個運行班，我是其中一個班的班長。臨界時，正趕上我所在的班值班，那是我一生難忘的時刻。這是我國第一個快中子零功率裝置達到臨界。

1971年，由于政治原因，國家將一些關鍵的、重要的研究工作轉移到四川的核工業一院，就是現在的中國核動力研究設計院。當時快堆科研陷入了經費不足、方向不明確的窘境，研究人員一撥接著一撥離開，原本300余人的隊伍在短短一年中只剩下100多人。我選擇堅持下來，繼續堅持研究快堆工作。

1986年，國家高技術研究發展計劃（863計劃）改變了快堆的命運。當時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的關鍵會議。討論會上，我作為快堆主要負責人之一，與其他同志一起提出了發展快堆的建議。發言后，與會專家對快堆項目發展前景及戰略意義開展了廣泛的討論，最終我們快堆獲得了最多的經費，快堆作為能源領域的項目納入了國家“863計劃”。國家給了快堆項目3.9億的經費，其他的還有高溫氣冷堆和聚變裂變混合堆等，經費相對少一些，可以看出，國家對快堆的發展是非常重視的。

內外有援，實現快堆跨越式發展

《中國核電》：我國快堆的建設經歷了怎樣的過程，請您簡單解答一下。徐銤：可以說，“863計劃”對快堆的發展是一個非常大的轉折點，這個項目還得到了時任國家科技委主任宋健的支持，他認為中國實驗快堆是個重要項目，所以他召集當時的計委（現在的發改委）、科技委（現在的科技部），還有核工業部（現在的中核集團）一起湊了3億多經費。之后在中國原子能科學研究院重新組建快堆小組。

1990年，我們開始進行中國實驗快堆概念設計，由于經驗不夠，一開始團隊對快堆技術了解得不夠透徹，需要不斷地摸索，所以花費了大量的時間。這個時候，俄羅斯的專家在北京核工業展覽會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，雙方達成一致。首先的合作內容是俄方審閱我們的概念設計，對我方的概念設計提了幾條意見，當然也贊成我們選擇的一些運行參數，這些參數比較接近原型快堆的參數。法國也是有建造快堆豐富經驗的國家，也贈送給我們6個快堆專業的設計程序，并培養我們的技術人員學會使用。我國實驗快堆在俄羅斯機械制造試驗設計局、俄羅斯核動力設計院和俄羅斯動力研究院合作下自主設計、建造和運行。我們也從俄方購買了一些關鍵的安全設備，如泵、蒸汽發生器、控制棒驅動機構、燃料操作機等，即便如此，建造快堆設備的國產化率仍在70%以上。

按照正常的進度，建成實驗快堆后，下一步應該依次做原型快堆、示范快堆，最后設計、建造商用大堆。借助于俄方有關實驗快堆的經驗支持，我們選擇中國實驗快堆的主要參數盡量接近大堆，把原型快堆跳過去直接做示范快堆。目前該堆正在設計，將于2017年底開始建造。

節能減排，堅持核能利用的可持續發展

《中國核電》：請您介紹一下快堆對我國核電發展有哪些重要意義？

徐銤：快堆對我國有多重要呢？如果沒有快堆的話，我國未來核能發展會很受限制。大家普遍認為我國鈾資源比較豐富，但是我國未來需要建設大量的壓水堆核電站，同時就需要充足的鈾資源，而現有的鈾資源遠遠不夠。一座100萬千瓦的壓水堆，運行60年需要1萬噸天然鈾；如果我國在未來30年需要建設200個百萬千瓦級壓水堆，就需要200萬噸天然鈾，這是相當大的量。國際上，天然鈾的價格高達130～260美元/千克鈾（目前的價格是20～40美元/千克鈾），國際產量也就只有500～700多萬噸，所以我們要用200萬噸鈾資源不太可能實現。如果我國的鈾資源主要依靠進口，若出現問題，就會導致我們200個百萬千瓦級的壓水堆核電站停堆，后果不堪設想。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。

發展快堆則解決了這個問題，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在吸收中子后會衰變成裂變材料钚。將壓水堆產生的钚裝在快堆中運行，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到60%～70%。

我國目前還面臨一個很重要的問題：霧霾。霧霾的產生原因是什么？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在的一半，如果不能做到，可能會被他國收取碳稅。在各種清潔能源中，從整個生產鏈產生的碳當量講，核能是每度電排放量最少的。所以我們應大力發展壓水堆核電站，盡快建起大型的增殖快堆，到2035年，將大型商用快堆投入運行。我們的目標是從2020年開始設計，用15年的時間建造一個120萬千瓦的大堆。為什么是120萬千瓦？因為法國、俄羅斯、日本都是120萬千瓦，便于互相之間交流學習。我國應根據自身優勢，揚長避短，發展快堆，提高鈾資源的利用效率，對緩解我國的能源危機、加強環境保護有著至關重要的作用。

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注，請您談一談快堆的安全是如何保障的？

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

快堆中最令人顧慮和擔憂的是鈉水反應，所有設備中僅蒸汽發生器中有水，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發生鈉水反應。實際上，這是在可控范圍內的，反應堆不僅按核安全級的設計和建造，而且安裝有多種探測器，如果發生工業事故——鈉火或鈉水反應，只要保證有放射性的鈉不會泄漏出去即可。具體是這樣控制的：一回路有一個直徑為8 m的大鈉池，外面還套有一個相同厚度材料的保護池；內部池里有260 t的鈉，一旦泄漏到保護池底部，兩個池中間的探測器會立即探測到，并且外部池會兜住這些鈉。換句話說，260 t的放射性鈉不會對外部環境造成影響。

另外一個問題是，我們要把鈉抽出來放到另外一個小房間去凈化，將鈉凈化到雜質在3 ppm以下，這樣鈉在接觸不銹鋼時，不銹鋼每年僅腐蝕5μm，而池壁的厚度是25 mm，絕對不會腐蝕穿透不銹鋼。房間內的裝鈉管道是雙層管，所以有雙重保障，不會漏鈉。有人擔心，鈉可能通過管道內的一些設備泄漏出來，這個顧慮也是可以消除的，首先這個房間是密閉的，一旦大量泄漏，馬上充入氮氣，或者減送風量、增抽風量，鈉就逐漸不再燃燒了。其次，在管道底下放一個接鈉盤，這個盤子呈傘狀，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。就算發生鈉火，通過探測器可以探測到，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。

現在還有一個大家比較擔心的問題，就是霧火。它噴出來后會很快燃燒。如果空氣比較潮濕，120 ℃、110 ℃就可能燃燒。原來沒有一個快堆遇到過這種情況。但是比利時在做太陽能設備試驗的時候，由于壓力過高而發生了霧火。我們的處理方法是，假如發生霧火，房間一旦壓力大了，房門會自動打開，將氣體釋放到另外一個房間而減壓。另外，管道的設計嚴格遵循設計準則，使用雙層管，并放一些探測絲以便及時探測，多重保障萬無一失。這一層一層的探測保護措施稱之為“縱深防御”。

中國實驗快堆堆芯熔化的概率是10－6/堆年。即使熔化，也不會發生蒸汽爆炸，因為鈉的導熱能力非常強，是水的130倍。一旦堆芯熔化，向下流動接觸鈉時溫度大約是450 ℃，還需上升433 ℃以上才能夠變成蒸汽，由于鈉冷卻非?？欤瑢С龃罅繜崃浚瑴囟葻o法達到臨界點，因此不會產生蒸汽爆炸。堆芯熔化后流到一個傘形的大盤子里，為防止二次臨界，傘形將熔融的堆芯自動鋪開，鈉的自然對流把熱量帶走，放射性物質就在池子里，不會泄漏，即最強的放射性物質會限制在堆容器（鈉池）以內?？梢钥闯?，縱深防御的理念始終貫穿整個設計周期。

任重道遠，顧全大局發展核電

《中國核電》：目前，我國在發展核電過程中遇到一些阻礙，請您談談我們應該如何看待核電的發展？

徐銤：國際上，現在美國不愿意建設大的快堆，也不鼓勵國外建大的快堆，因為快堆產生的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、印度不這樣認為。中國、俄羅斯、法國、日本、印度、韓國現在都不會放棄快堆，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！

我國對建設核電站是有嚴格的安全要求的：第一，要保證隨時可以停堆；第二，發生事故時余熱一定要能導出去；第三，不能污染環境?，F在在建的以及未來要建的核電站都必須達到這三個要求。目前，由于公眾關于核電知識的普及不夠，導致我國內陸廠址無法開始。我認為，核電站在設計時就要保證不會污染環境。如果將含放射性的廢水變成膠體或者固體，就不易污染環境。其次，核電站還是應該規模化建設起來，因為目前沒有別的清潔能源可供使用。太陽能、風能在生產裝置設備時釋放出來的二氧化碳要比核能高。原因是因為這些能源密度小，需要的設備量就大，占地面積也大；而核能密度大，生產同樣的電能，核能需要生產鏈的設備少，放出的二氧化碳就少，占地面積也小。根據國際原子能機構的評估，核能排放的二氧化碳是最低的，風能放出的二氧化碳大約是核電的兩倍多，所以發展核電是現階段環保的首選。

我認為，核電發展不單單是一個技術性問題，也是國家的問題。如果是國家小，能源可以依賴進口，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險，所以應該把精力放在國家的需要上，把我國真正的能量發揮出來，這是最穩妥的。核能在一個國家不僅僅是能源，還代表一個國家的綜合國力。目前，“一帶一路”的很多沿線國家都希望能夠發展核能，這樣就給我國的核電發展提供了一個很好的機遇。我國核電開發與建設已形成自己的特色，自主研發的第三代百萬千瓦級核電機組“華龍一號”目前已經走出國門，形成自己的品牌。因此，我國核電發展應該從國家的角度考慮，要充分發揮這種顧全大局的精神。面對爭議，我們應該用辯證的眼光看待，求同存異，審時度勢，從大局出發，謀求長期效益。

（本刊記者 王丹）