2010年8月6日下午4時(shí)，位于北京房山區(qū)新鎮(zhèn)的中核集團(tuán)中國(guó)原子能研究院內(nèi)，一切如故，除了幾名工人在門(mén)口進(jìn)行道路施工之外，這里與往常沒(méi)有太多變化，73歲的徐銤開(kāi)完會(huì)，匆匆回到自己的二樓辦公室，他面前三臺(tái)正在運(yùn)行的電腦屏幕上，顯示著密密麻麻的數(shù)據(jù)。而就在幾天前，這里發(fā)生了一件大事——中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆首次臨界成功，這標(biāo)志著中國(guó)在第四代核電技術(shù)方面取得了重大突破，我國(guó)也因此成為世界上第八個(gè)掌握這一技術(shù)的國(guó)家。

徐銤是中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆總工程師，1961年清華大學(xué)畢業(yè)之后，就走進(jìn)了中國(guó)原子能研究院，在這個(gè)崗位上一干就是半個(gè)世紀(jì)。提起試驗(yàn)快堆的首次臨界，這位溫和謙虛的老人娓娓道來(lái)，臉上始終掛著燦爛的笑容。在他看來(lái)，快堆技術(shù)的運(yùn)用和第四代核電技術(shù)的成熟，為未來(lái)中國(guó)能源發(fā)展找到了一勞永逸的解決方案。

為了緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消耗的矛盾，減少二氧化碳排放對(duì)環(huán)境的壓力，近年來(lái)，作為清潔能源的核電獲得了井噴式的發(fā)展。盡管中國(guó)目前運(yùn)行的核電機(jī)組總功率僅為910萬(wàn)千瓦，但在建的機(jī)組卻多達(dá)23臺(tái)、總裝機(jī)2540萬(wàn)千瓦，占世界57臺(tái)機(jī)組的40%，我國(guó)也因此成為了全球核電在建規(guī)模最大的國(guó)家。

核電項(xiàng)目的快速上馬，推動(dòng)著國(guó)家不斷調(diào)整核電發(fā)展的規(guī)劃目標(biāo)。2006年國(guó)務(wù)院通過(guò)的《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)是，到2020年中國(guó)核電裝機(jī)總量達(dá)到4000萬(wàn)千瓦。但核電發(fā)展的現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)期，2010年7月，國(guó)家能源局宣布，預(yù)計(jì)到2015年，中國(guó)核電裝機(jī)將達(dá)到3900萬(wàn)千瓦，到2020年則達(dá)到7000萬(wàn)千瓦。

核電潛力的快速釋放也帶來(lái)了很多麻煩，天然鈾短缺、核廢料的處理等困擾核電可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題都會(huì)隨著核電的爆發(fā)式增長(zhǎng)而逐一顯現(xiàn)。但是，以快堆為代表的第四代核電技術(shù)的成熟與完善，為從根本上破解這些難題提供了可能。

快堆技術(shù)突破

2010年7月21日9時(shí)50分，中國(guó)試驗(yàn)快堆主控室內(nèi)所有的人都屏住了呼吸，眼前大屏幕上的數(shù)據(jù)在不停地閃爍，當(dāng)源量程周期穩(wěn)定在100秒達(dá)到了兩分鐘時(shí)，中核集團(tuán)副總經(jīng)理?xiàng)铋L(zhǎng)利大聲宣布：“中國(guó)試驗(yàn)快堆達(dá)到首次臨界，”頓時(shí)，室內(nèi)一片歡騰，熱烈的掌聲經(jīng)久不息。

核反應(yīng)堆臨界相當(dāng)于常規(guī)火電站鍋爐的點(diǎn)火，是機(jī)組具備發(fā)電能力的必要條件，臨界之后，再經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和不斷提高功率，機(jī)組便可以發(fā)電和滿負(fù)荷運(yùn)行了。

“對(duì)于正在提速核電發(fā)展的中國(guó)而言，實(shí)驗(yàn)快堆臨界成功將極大地加快我國(guó)核電建設(shè)步伐，作為在建核電規(guī)模最大的國(guó)家，中國(guó)正在以自己的速度，追趕乃至引領(lǐng)世界核電步伐。”楊長(zhǎng)利激動(dòng)地表示。

作為國(guó)家863計(jì)劃重大項(xiàng)目，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是中核集團(tuán)第四代核能技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)，該堆采用已在美、法、俄、日等國(guó)家有多堆運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的鈉冷快堆技術(shù)，其熱功率為65兆瓦，電功率20兆瓦。

快堆是快中子增殖反應(yīng)堆的簡(jiǎn)稱(chēng)，是第四代核技術(shù)的六種堆型之一，由于其消耗燃料的同時(shí)，能夠使燃料增殖，而且其技術(shù)在全球范圍內(nèi)相對(duì)較為成熟，因此被看作是第四代核技術(shù)中，最有可能商業(yè)化的堆型。

建造實(shí)驗(yàn)快堆是我國(guó)快堆發(fā)展的第一步，隨后將進(jìn)行示范快堆和商業(yè)快堆的建設(shè)。據(jù)中國(guó)試驗(yàn)快堆總工程師徐銤透露，2013年，我國(guó)將在福建三明市開(kāi)工建設(shè)兩座80萬(wàn)千瓦的示范快堆項(xiàng)目，計(jì)劃2020年建成。

“快堆要想商業(yè)化，必須具備經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)上成熟，目前快堆技術(shù)整體上還處于試驗(yàn)階段，全球預(yù)期2025年—2035年進(jìn)入商用階段。”中國(guó)工程院院士、核電專(zhuān)家葉奇蓁對(duì)《能源》雜志記者表示。

隨著快堆技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在經(jīng)濟(jì)性上已經(jīng)具備了競(jìng)爭(zhēng)力。徐銤向《能源》雜志記者介紹說(shuō)，“在上個(gè)世紀(jì)70年代，利用快堆技術(shù)建造核電站，其成本是壓水堆的2.5倍，隨著這一技術(shù)的不斷成熟，到2000年，其成本與壓水堆已基本持平。”

目前全球運(yùn)行的400多座核電站中，絕大部分采用的是二代和二代改進(jìn)技術(shù)，以美國(guó)西屋公司AP1000和法國(guó)阿海琺公司EPR為代表的三代技術(shù)目前正在進(jìn)行商業(yè)化推廣，建設(shè)中的浙江三門(mén)和廣東臺(tái)山核電站分別采用了上述兩種技術(shù)。

但不管是二代還是三代，均屬于熱堆技術(shù)，其堆型絕大多數(shù)為壓水堆，熱堆裂變使用的燃料主要是鈾235，但是這種資源只占自然界鈾儲(chǔ)量的0.66%，而以快堆為代表的四代核技術(shù)則不使用鈾235，而是使用钚239，配合占自然界儲(chǔ)量99.2%的鈾238做燃料，使得自然界的天然鈾的利用得到了大大提高。

“三代技術(shù)與二代相比，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差別，只是在安全性提高了一些，技術(shù)上更先進(jìn)一些，但是四代核技術(shù)與二代、三代有本質(zhì)性區(qū)別，它是一種燃料增殖技術(shù)，大大提高了現(xiàn)有資源的使用率。”葉奇蓁表示。

國(guó)際上快堆技術(shù)起步于上世紀(jì)40年代，截至目前，世界上共建成了各種類(lèi)型的快堆21座。中國(guó)盡管從上世紀(jì)60年代就開(kāi)始了快堆的研究，但由于各種因素，快堆的發(fā)展一度陷入停滯。1995年12月，中國(guó)試驗(yàn)快堆正式獲國(guó)家批準(zhǔn)立項(xiàng)，經(jīng)過(guò)十多年的努力，終于實(shí)現(xiàn)了成功臨界。

值得關(guān)注的是，在整個(gè)快堆技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中，我國(guó)全部以自主設(shè)計(jì)、自主建造、自主安裝和自主調(diào)試的方式進(jìn)行的。整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)中的上萬(wàn)個(gè)設(shè)備，其中70%是國(guó)產(chǎn)的，實(shí)現(xiàn)了70%的自主化率。“這并不代表剩下的30%我們都不會(huì)建造，而是因?yàn)楹穗姷陌踩蠓浅８撸覀冏约荷a(chǎn)的這些設(shè)備還沒(méi)有經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證，因此選用的國(guó)外的設(shè)備。”

“四代核技術(shù)成熟之后，我國(guó)將不再進(jìn)口國(guó)外的技術(shù)，核電發(fā)展將結(jié)束購(gòu)買(mǎi)技術(shù)的歷史。”徐銤說(shuō)。

破解鈾資源難題

核電盡管清潔、高效，但是其主要燃料——鈾資源的短缺已經(jīng)成為制約核電持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸之一。隨著第四代核電技術(shù)的發(fā)展與成熟，這一難題有望從根本上得到解決。

目前，在核電站中廣泛應(yīng)用的壓水堆(如我國(guó)的秦山、大亞灣核電站堆型)對(duì)天然鈾資源的利用率只有約1%，“而在快堆狀態(tài)下，鈾資源利用率理論上可達(dá)到100%，扣除損耗也能有60%—70%，也就是說(shuō)，快堆的鈾資源使用率比熱堆可以提高至少60倍。”徐銤說(shuō)。

由于壓水堆只燒掉了其燃料的1%，最后有大量的核廢料產(chǎn)出，“而在快堆狀態(tài)下，大部分廢料可以作為快堆的燃料使用，因此大幅度提高了天然鈾的使用率。”葉奇蓁表示。

按照現(xiàn)有的壓水堆技術(shù)，一座100萬(wàn)千瓦的核電站，60年消耗1萬(wàn)噸天然鈾。以我國(guó)910萬(wàn)千瓦的裝機(jī)容量計(jì)算，目前我國(guó)每年消耗天然鈾在1500噸左右。

而近期報(bào)道稱(chēng)，目前我國(guó)的鈾礦年產(chǎn)能為1040噸，產(chǎn)量只有750噸，而按照國(guó)內(nèi)核電站投資建設(shè)增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2015年我國(guó)產(chǎn)需缺口將超過(guò)1萬(wàn)噸，到2030年更將高達(dá)近3萬(wàn)噸。

從世界范圍內(nèi)來(lái)看，鈾資源的前景也不太樂(lè)觀。據(jù)徐銤透露，目前全球130美元/公斤之下能夠開(kāi)采的鈾資源僅為530萬(wàn)噸，這也就意味著，這些天然鈾僅僅能夠供應(yīng)530座100萬(wàn)千瓦的核電站使用60年，而目前全球正在運(yùn)行的100萬(wàn)千瓦的核電站為372座。解決全球范圍內(nèi)的鈾資源短缺問(wèn)題已迫在眉睫。

快堆技術(shù)的發(fā)展，使鈾資源短缺問(wèn)題變得不再迫切。“打個(gè)比方，如果說(shuō)現(xiàn)在熱推條件下天然鈾能夠使用100年的話，利用快堆就可以使用6-7千年，”中國(guó)原子能研究院院長(zhǎng)趙志祥說(shuō)，“通過(guò)使用快堆，我們國(guó)家可以在千年的時(shí)間尺度上解決我們的核能發(fā)展問(wèn)題。”

另一方面，由于快堆能夠提高天然鈾的使用率，還使得很多貧礦具有了開(kāi)采價(jià)值，這將使世界可采鈾資源增加上千倍。專(zhuān)家預(yù)計(jì)，以目前探明的天然鈾儲(chǔ)量推測(cè)，快堆的使用可使鈾資源可持續(xù)利用3000年以上。

事實(shí)上，快堆不僅具有理論價(jià)值，還在國(guó)際上進(jìn)行了示范運(yùn)用。徐銤介紹說(shuō)，目前全球正在運(yùn)行的快堆有5座，其中最具典型性的是俄羅斯BH-600核電站，從1980年至今，這座快堆核電站的鈾資源平均利用率達(dá)到了74%，而且運(yùn)行平穩(wěn)。

廢料不再被拋棄

快堆技術(shù)之所以能夠大幅度提高天然鈾的使用率，主要原因在于快堆狀態(tài)下，核廢料能夠作為燃料重新使用。這在解決燃料問(wèn)題的同時(shí)，也在很大程度上解決了核廢料的污染問(wèn)題。

“現(xiàn)在使用的二代壓水堆技術(shù)，只是利用了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，快堆則把整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈閉合了起來(lái)，形成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，這樣就使得經(jīng)濟(jì)更加優(yōu)化，環(huán)境更加友好。”葉奇蓁表示。

盡管核能是一種清潔能源，但核廢料的處理卻是一個(gè)令全球頭疼的問(wèn)題。徐銤介紹說(shuō)，壓水堆產(chǎn)生出來(lái)的核廢料不僅量大，而且放射性強(qiáng)，如果直接進(jìn)行地質(zhì)處置，耗資極其驚人。據(jù)介紹，壓水堆核廢料的放射性一般會(huì)延續(xù)300—400萬(wàn)年，保存不好會(huì)產(chǎn)生極大的危害，盡管目前由于核電規(guī)模小還沒(méi)有產(chǎn)生大的影響，但在國(guó)際上已經(jīng)招致反核人士的強(qiáng)烈抨擊。隨著未來(lái)全球核電的大發(fā)展，放射性物質(zhì)會(huì)越來(lái)越多，核廢料的處置問(wèn)題必然無(wú)法回避。

快堆技術(shù)的應(yīng)用，可以在很大程度上解決這一問(wèn)題，“相比壓水堆，快堆產(chǎn)生的核廢料非常少，廢料的一部分作為燃料被再次燃燒掉了，而且也大大降低了其輻射性，壓水堆產(chǎn)生的廢料，經(jīng)過(guò)200—300年就能夠達(dá)到與天然鈾一樣的放射水平，對(duì)其加以儲(chǔ)存就不會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生危害。”徐銤說(shuō)。

快堆技術(shù)既能節(jié)約燃料，又可以減少污染，可以說(shuō)一舉兩得。因此，中核集團(tuán)公司總工程師雷增光滿懷信心地表示，“快堆是集團(tuán)公司核電發(fā)展的未來(lái)，是集團(tuán)搶占核電發(fā)展戰(zhàn)略制高點(diǎn)、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有力體現(xiàn)。”

但快堆的臨界只是一個(gè)開(kāi)始，徐銤預(yù)計(jì)到2030年，快堆技術(shù)在我國(guó)才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)用。而在2030年之前的20年間，還有非常艱辛的工作等著他和他的同事們。“這20年間，需要加大科研力量，至少增加3倍以上的技術(shù)人員，要達(dá)到工業(yè)規(guī)模的快堆運(yùn)行，保證未來(lái)的快堆能夠達(dá)到第四代核電發(fā)展水平，還需要研究設(shè)備系統(tǒng)的可靠性，以及加強(qiáng)對(duì)材料、工藝方面的研究等。”徐銤表示。