它将永远解决能源问题！“替天行道”的“快堆”：把铀资源的利用率从1%提高到60%

“快堆”是什么？对大多数业外人士来说，快堆，是个全然陌生的概念。

中国实验快堆（CEFR）的全称是“钠冷快中子增殖反应堆”。 “实验快堆的主容器高12米，直径8米。中间的堆芯装有81盒6角型的燃料组件，每盒组件中有61根燃料棒。每个燃料棒上还有绕丝，以保证导热的钠液可以流入。”中国原子能科学研究院总工程师、研究员张东辉介绍说，“如有燃料棒需要更换，快堆还可以实现封闭式换料。”

领衔建造这座实验快堆的总工程师，是中国工程院院士、中核集团快堆首席专家、国家能源快堆工程研发（实验）中心学术委员会主任徐銤。他告诉记者，我国是世界上第8个拥有第四代核反应堆——快堆技术的国家。我国快堆工程发展的第二步——示范快堆，作为国家重大核能科技专项，已于2017年12月29日在福建霞浦正式开工。

投身快堆研发50年的徐銤院士告诉记者，快堆有两大特点：“一是它能增殖易裂变核燃料。自然界的天然铀，只有铀-235才是易裂变核燃料，但它在铀矿中的丰度只有约0.7%，而不大能裂变的铀-238却在天然铀中占到99.2%以上。在第二、第三代压水堆中，铀-238是无法发生裂变反应的；而在快堆中，核燃料是钚和铀-238，钚裂变释放的快中子会被装在反应区周围的铀-238吸收，又变成能裂变的钚，且生成的钚比消耗掉的还要多，裂变反应就此循环持续下去，称之为‘链式反应’，快堆也因此称为‘快中子增殖反应堆’。它真正消耗的是占到99.2%以上的铀-238。”

“在快堆的闭式燃料循环系统支持下，它把铀资源的利用率从压水堆的1%左右提高到60%以上。由于利用率的提高，更贫的铀矿也值得开采。如此，就不怕经济可采铀资源的有限性，能保证核电长期应用。”

仅此一点就不可小觑。张东辉告诉记者，一座百万千瓦级的压水堆核电站，在其60年寿命周期内需要大约1万吨天然铀用作燃料。

根据有关世界能源组织之前公布的数据，地球上无论是石油、天然气、煤炭，还是铀矿的现存储量，可开采年份大多在100年以内，而快堆如果能将铀资源的利用率提高60-70倍，这对国家的能源安全是巨大的贡献，还可大大减少二氧化碳的排放。

“快堆的第二个特点是，快堆中的快中子可以把压水堆用过的核燃料中的高放长寿命次锕系核素镎、镅等当燃料裂变掉，放出热能发电，变废为宝。不仅如此，压水堆用过后的燃料中长寿命裂变产物如碘-129和碍-99等还可以在快堆中嬗变掉，变成一般的短寿命裂变产物，或变成稳定同位素。所以快堆可使原来需要作地质贮存的高放废物量大大减少，降低地质变动下环境受放射性污染的风险。”

这让记者顿悟，为什么徐院士常对他的学生说，我们发展快堆是“替天行道”。之前的压水堆核电站乏燃料里的钚和锕系核素（MA）要存放300-400万年，才能达到与天然铀同等的低放射水平。而快堆的一般裂变产物，只要300-400年，就能与天然铀的放射水平一样低，极大地降低了其贮存的风险和成本。而且，据专家初步估算，一座焚烧快堆可嬗变掉5-10座相同功率的热堆产生的MA量（即支持比为5-10）。

▲徐銤寄语

快堆的意义何在？“首先发展增殖堆的国家将在原子能事业中得到巨大的竞争利益；会建增殖堆的国家，实际上已永远解决了它的能源问题。”世界著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者费米的话，影响了徐銤一生。

“目前，世界上商业运行的450台核电机组大多是第二代核电站。”徐銤说，“进入新世纪，全世界核能技术领先的国家都在竞相研发第四代核电技术。作为第四代核电站的快堆，是我国发展可持续的清洁能源的必然选择。”

作者：郑蔚

实习编辑：罗娜 

编辑：付鑫鑫

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