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詹文龙:安全高效是核能可持续发展的保证

时间:2019-03-01 12:46:02 来源:万达娱乐注册 作者:匿名



“核电的主要过程是核燃料循环过程,包括核燃料来源和制备,核电机组和核废料处理。核安全是整个过程中最重要的过程,也是核燃料的关键。核电的可持续发展。“中国科学院副院长兼院士詹文龙在中国科学院第十五届院士会议综述报告中作上述表示。

核裂变能源是一种成熟,清洁,安全且具有经济竞争力的能源。它也是中国能源发展的重要组成部分,有助于应对气候变化,减少温室气体排放,减少空气污染。

目前,核裂变能主要用于发电。全球有430多台核电机组投入运行,总装机容量超过370GWe(发电量为千兆瓦),占全球电力的16%左右,40多座发电堆正在建设中。

“核安全是核电最重要的先决条件,也是核电高投资的最重要因素。”詹文龙再次强调了核安全的重要性。

提高核燃料效率

在国际上,核辐射事件根据其严重程度分为七个等级,如异常,事件,严重事故,当地事故,多重事故,重大事故和重大事故。 1986年,苏联的切尔诺贝利核事故是一起重大事故; 1979年,美国三英里的事故是反应堆中严重的核熔化,这是一次多重事故。

据了解,大多数发达国家核电厂的总发电量比例相对较高,法国为75%以上,美国为20%左右。中国核电已建成11座发电用电抗器,总装机容量为9.1GWe。预计到2020年,70GWe将建成,30GWe将在建。它目前是世界上最大的核电建设国。

几十年来,核电厂核燃料的使用基本上是一次性循环。 “虽然这减少了核废料后处理的难度和成本,并减少了核扩散的可能性,但大量核废料的使用寿命长达数百万年,无法保证核废料的生产。打包。材料的长期坚固性或受地质扩散影响的安全性和可靠性。“詹文龙说,美国丝兰山计划就是一个典型的例子。

目前,世界上运行核电的主要核反应堆属于第二代反应堆类型,正在建设的三代反应堆类型将更加安全可靠。第四代核反应堆代表了核电发展的方向,即追求安全,可持续性,经济和防止核扩散。詹文龙说,中国的四代核反应堆研究是国际推荐的钠冷快堆和第三代和第四代之间的高温气冷反应堆推荐的六种反应堆之一。堆,熔盐堆等

因此,国际原子能机构和大多数核电国家都认识到需要使用多个封闭的核燃料循环。

詹文龙解释说:“这不仅可以改造核废料,还可以提高核燃料的使用效率。如果硬质中子能谱反应器,特别是加速器驱动的亚临界反应堆系统(以下称为ADS)用于核废料。变态可以将核废料的放射性寿命从数百万年减少到大约700年,使地质处理及其材料包装成为可能,确保核废料处理的科学可行性,并提供ADS系统产生的90%的电力供应。 。网格使用。“

现在,有办法处理核废料,包括快中子反应堆和ADS系统(每个ADS系统可以处理超过10个等功率压水堆的核废料容量)。考虑到这两个系统的特性和成本绩效,国际原子能机构认为ADS更适合燃烧核废料。中国科学院院士咨询委员会还建议快堆专注于核燃料的增值,而ADS系统则专注于核废料。

3种方式来丰富核燃料供应

此外,詹文龙指出,虽然国际原子能组织的数据显示,由于中国铀储量较少,现有的铀储量可以提供80多年的需求,并考虑到核电的总量。中国在2050年,可能更多核电在世界上的总量仍然很大。因此,确保核燃料长期稳定供应也是我国核裂变能源可持续发展的重要瓶颈之一。

詹文龙认为,除了进一步勘探和购买国外核燃料等商业运营外,增加核裂变燃料供应的主要途径如下。

首先,因为自然界中铀235的丰度仅为0.72%(铀238丰度高达99.27%)。使用高能中子快堆,铀238和快中子反应并衰变产生镎239,然后腐烂形成钚239,通过放射化学分离形成完整的铀 - 钚循环,可以铀核循环核燃料。增值约为60倍。涉及铀 - 钍循环技术的快中子反应堆和放射性分离技术相对成熟,快堆已进入试运行阶段。然而,这种增加核燃料价值的方式一方面会增加生产成本,另一方面也不会降低核规模。扩散的可能性。

第二,核裂变能的另一个循环是钚铀循环。钍232是由反应堆中的中子的复合反应产生的,然后衰变产生镤233,然后腐烂形成铀233,铀233可以通过放射化学铀233分离。完成氦铀循环。由于天然焓为100%同位素钍232,世界上的锶矿床约为铀的三倍,而中国的锶储量丰富,使用铀铀循环可使核燃料增加数百倍。

到目前为止,关于铀铀循环的研究相对有限,难以对铀铀循环进行处理。据估计,燃料只能在一定时间内通过一次。然而,这也使得铀铀循环的核燃料难以用于核武器制造。那是为了避免核扩散。

第三,由于溶解在海水中的铀酰离子含有约45亿吨铀,比已经证明的470万吨铀矿高出近千倍,但海水中的铀含量极低(数十亿点)。一些),这个领域长期以来没有受到太多关注。经过长期不懈的研究,日本高崎研究所从海水中获取了千克铀,其成本约为目前铀矿的三倍。这种浓缩方法可以从海水或盐湖供水铀中获取铀。一种潜在的燃料方式。此外,使用先进的方法来浓缩铀可以将浓缩效率提高几十个百分点并降低成本。

“然而,在技术问题解决之后,由于核燃料约占核电成本的3%,采用哪种方式将取决于进度和整体性价比。”詹文龙说。

反应堆和先进核反应堆中核燃料的高燃料消耗是核电所追求的目标。詹文龙说,第二代核反应堆的初始设计寿命为30年。现在它运行了40年,追求60年的使用寿命。核燃料加油周期也从12个月增加到18个月,并将增加到36个月。

“这不仅可以提高核电的经济效益,还可以减少核废料的数量。关键问题是物质问题。”因此,詹文龙认为,反辐射材料研究是先进核反应堆研究的核心科学问题。抗辐射材料的主要研究目标是探索耐高辐射,高腐蚀和高温的材料。詹文龙认为,现代大型科学仪器为研究抗辐射材料提供了前所未有的科学工具,如高通量反应堆,散裂中子源和重离子加速器,为辐照材料提供了罕见的条件;先进的光源,中子源,强磁场,核磁共振和电子扫描光谱仪提供高分辨率的多功能表征方法。

核能被广泛使用

除核裂变能在核电和国家安全中的应用外,核裂变能还可转化为高效,清洁的二次电能和化学原料,如近1000摄氏度的高温气冷反应堆,其中对于高效的氢气生产很重要。通过这种方式,氢不仅可以用作应用中节能减排的新动力源,而且可以作为化学工业的重要原料。

詹文龙认为,如果能够更好地控制核扩散问题,核反应堆有很多综合应用前景,如取暖,海水淡化等,其他经济效益和环境友好难以实现。手段。

此外,小型核反应堆有许多应用。例如,中子源可用于科学研究,如辐照材料,材料表征,生物研究等;也可用于治疗肿瘤,如使用硼和中子反应具有较大的捕获截面特征,用硼作为引导药物注入肿瘤边缘,然后进行中子照射,这种方法特别有效。复杂的肿瘤形状,如脑线性肿瘤。

此外,核反应堆可以利用中子俘获和衰变反应产生同位素,这些同位素可用于航空航天或特殊电源,以及伽马射线医疗,消毒和食品保存。

“Isotop钚238,其衰变寿命为87。7年,是最适合深空航天的能源;同位素钴60可用于最常见的放射治疗,食品保存和医疗器械消毒,”詹文龙说。 。