快堆具有良好的技術潛力來應對類似福島災害所帶來的安全性問題。關鍵要在后續的發展中把快堆的安全優勢進一步突出，最大程度地抑制那些威脅環境和公眾安全的因素。

7月21日，對于中國實驗快堆而言是一個激動人心的日子。2010年的這一天，中國實驗快堆成功臨界;而一年后的同一天，中國實驗快堆又邁出重要的一步，順利實現并網發電。

十時整，中國原子能科學研究院實驗快堆主控室內，電功率表和大屏幕上的電功率曲線不停跳動著。隨著中核集團總經理孫勤宣布：“中國實驗快堆并網發電成功!”這一刻，被永遠載入中國快堆發展的史冊。

如果說，2010年的首次臨界好比一個人的心臟開始跳動。那么，今年的并網發電，就意味著這顆心臟已經跳動得足夠穩定有力。而這一切的根源，在中國實驗快堆工程部總經理張東輝看來，都源于實驗快堆從設計之初便開始對于高等級安全性的追求。

在接受記者專訪時，張東輝悉數中國實驗快堆多項安全舉措。采訪中他坦承，在3月福島核事故的大背景下，安全性強調得再多也不為過。

福島核事故放緩示范堆進程

早在2010年，示范快堆便已選址福建省三明市。4月，由中核集團控股，福建投資開發總公司和三明市政府參與出資的中核集團福建三明核電有限公司在福州掛牌成立，該公司的任務即是建設以商業應用為目標的示范快堆。然而據記者了解，目前相關工作均已暫停。

在張東輝看來：“福島核事故作為核電發展史上第三次災難性的事件，確實對核電發展產生了巨大影響。”但是，回顧歷史，美國三哩島核事故在打擊核電事業的同時，也促成了之后業界對于嚴重事故管理等一系列技術進步的誕生;而切爾諾貝利事故之后，縱深防御理念也隨之產生。

因此，張東輝笑談，福島核事故帶給快堆的是挑戰和機遇并存。

挑戰之說在于，不管何種技術方案，當前都面臨一個共同的課題，那就是如何在極端自然災害情況下保證反應堆的安全，所有的堆型都要回答這一問題，快堆也不能例外。由此造成的核能建設整體步伐的放緩，快堆當然也無可避免地受到波及，這是大環境下必須完成的子課題。

但從另一個角度看，這又是機遇。“我們仔細研究了福島核事故進程，可以看出快堆確實具有良好的技術潛力來應對類似災害所帶來的安全性問題”，張東輝表示，“關鍵要在后續的發展中把快堆的安全優勢進一步突出，最大程度地抑制那些威脅環境和公眾安全的因素”。

停堆有保障

福島核事故沉淀半年之后，固有安全性和非能動安全性成為核電下一步發展的主音。不過分依賴人員干預、不過多依賴外部能源支持，自身就能達成安全狀態已經成為各技術路線普遍追求的目標。

在張東輝的介紹中，快堆的安全性正是體現在固有安全性和非能動安全性兩大領域。

他從三大安全要求的角度向記者展開分析：“全世界有核國家的核安全法規都有如下三大安全功能的要求：首先在任何事故情況下都要能夠做到停堆，其次就是要將剩余發熱安全導出，最后一點則是放射性包容，即在最壞的情況下，堆芯已經融化，放射性物質溢出，安全殼也要能夠將放射性物質包住，不要影響到公眾和環境”。

據了解，當前世界上所有類型的反應堆最主要的停堆方式都是在核燃料區插入控制棒進行控制。在快堆中，控制棒組件里所裝棒束落下行程比壓水堆要短，并且由于快中子反應原理決定只要有一個棒束落下就能對全堆造成停堆效果。因此，從快堆本身特性來看，控制棒無法落下造成停堆危機的可能性要小得多。

余熱導出非能動

“停堆還不是安全的全部，畢竟目前世界范圍內發生的幾起重大事故在前期都做到了安全停堆，只是因為余熱沒有及時導出，就造成了堆芯的燒毀”,張東輝進一步告訴記者，不管是壓水堆還是沸水堆，在事故后的余熱導出環節，主要都是依靠能動系統進行導出。更為先進的AP1000在設計中增加了一個水箱，可以在停電前期依靠水箱中儲存的水流出進行自然循環將熱量導出，但后期水流空之后同樣存在問題。但往往余熱導出的時間是以月計，因此，長期非能動余熱導出能力非常重要。

而在我國實驗快堆上，這一問題已經得到了解決。“實驗快堆采用了不依賴外部電源的非能動余熱導出系統，其中熱交換器和空冷器連接，完全依靠自然對流和自然空氣循環導出余熱”，張東輝興奮地告訴記者，這套系統不用閥門和泵，除打開空氣冷卻器風門為主動動作外，其余全部由非能動原理實現。這樣就可以保證在全廠斷電、地震和失水三種最嚴重的事故狀態下，將堆芯余熱導出。

記者從快堆工程技術人員處了解得知，快堆本身是一個高溫系統，它的工作溫度在500攝氏度以上，跟環境溫差較大，比較容易實現自然循環的建立。并且在鈉冷快堆中，鈉本身的導熱率是水的100倍，這使得冷卻效果更加完善。

三道“防線”獨立

在最后一道關卡放射性包容層面，多年來，縱深防御理念已經深入人心。燃料包殼、一次壓力邊界及安全殼三道邊界提供保護。但在張東輝看來，壓水堆和沸水堆等高壓系統在各道包容之間的獨立性并不完善，一起事故往往會使得幾道包容邊界失效，造成連鎖反應。

“熱中子反應堆堆芯喪失冷卻劑之后溫度升高，超過1204°就會出現很強烈的鋯水反應，包殼就會反應掉，第一道保護很容易失效。而鋯水反應產生的大量氫氣，又對第二道包容邊界——壓力容器造成很大的破壞。想要保持它的完整性就必須人為將氫氣排出，然而氫氣又是易爆氣體，遇到高溫或大火就會出現爆炸，此次福島事故就是在這一層面出現氫氣爆炸”。張東輝這樣向記者解釋。

而在快堆上，各道包容邊界間的獨立性相對而言就要好得多。首先，鈉冷快堆的冷卻劑是鈉，跟包殼在任何情況下都不會發生反應;第二點，鈉本身沸點很高，不存在閃蒸造成高壓的情況，而快堆本身工作壓力也僅有0.5個大氣壓，堆內很難突增高壓使得壓力邊界被破壞。可以說，在各種事故下，快堆的各道包容邊界都具有較好的獨立性，不存在一個單一故障連續突破“防線”的問題。

鈉-鈉-水三回路設計

當然，快堆的安全性也不能說是萬無一失。“鈉作為一種活潑金屬，跟空氣接觸容易氧化，燃燒，跟水接觸會反應生成氫氣，這是目前鈉冷快堆在安全方面需要著重解決的問題”，張東輝認真地告訴記者，快堆很容易實現核安全，但是從工業安全角度接下來的任務要重于現有壓水堆。

為解決這一問題，張東輝特別向記者介紹了鈉冷快堆所采用的鈉-鈉-水三個回路的系統設計方式。“前端鈉在反應堆里，后端水在發電環節，從熱工角度看兩個回路就足夠了。但為了在發生事故時避免水直接進入反應堆中，實驗快堆設置了二回路，將反應堆內的鈉和三回路的水嚴格隔開，保證反應堆的安全”。他告訴記者，這樣的設計，最大程度上保證了鈉冷快堆的安全。從世界范圍看，已建成的20多座快堆所積累的300多堆年的運行經驗中，雖發生過多次鈉泄露，但均屬小型工業事故，沒有任何一次出現核事故的苗頭。

“國際上對于四代核電的安全性要求為：即便在堆芯燒毀的嚴重事故下，也不需要廠外應急。事實上，快堆可以在合理的代價范圍之內解決安全問題”。張東輝略顯自豪地表示。

2025年左右商用推廣

實現在40%的功率下24小時并網發電，這是國家科技部、科工局聯合批復的實驗快堆項目的驗收目標。并網發電的成功，標志著我國已經掌握了實驗快堆的全套工程技術。當中國快堆邁出由實驗室成功走向工程建設這重要一步之后，越來越多的目光集中在之后的商用化道路上。

在接受記者專訪時，實驗快堆首席專家徐銤向記者表示：“從世界范圍來看，第四代核電的目標是在2030年左右實現快堆的商業化，主要的快堆先進國家都制定了相應的發展計劃。考慮與我國能源發展相匹配的問題，我們建議在2030年之前實現商業化目標，如果能夠走在世界范圍前列，就可以在滿足自身需求的同時去國際市場上分一杯羹”。

這位與快堆結緣45年的老人為我們列出了如下時間節點：力爭在2013年完成自主知識產權的百萬千瓦級示范堆CFR1000的初步設計;2015年將大部分施工設計和關鍵設備、關鍵技術的研發完成;2016年動工修建，用6年時間爭取在2022年建成首座示范快堆;在經過2-3年的運行檢驗后，在2025年左右完成標準化設計進行商用推廣。

張東輝告訴記者，當前建成的實驗快堆麻雀雖小、五臟俱全，與大型電站相比無論是技術方案還是系統設置，除功率小之外沒有區別。有了這樣的基礎，我國快堆發展經過“三步走”戰略，即實驗快堆-示范快堆-大型商用快堆，更容易形成被市場接受的商業化產品。

燃料材料制約快堆運行

在張東輝看來，實驗快堆的建成事實上是提供了一個進行深層次快堆技術研發的平臺，在此基礎上進一步開展燃料、材料以及安全技術、設備、儀控等多方面研究，同時積累運行經驗和維修經驗。

其實對于所有反應堆來說，基礎問題只有三個：中子物理、熱工水力和材料，實驗快堆目前面臨的瓶頸就在于燃料材料領域。

采訪中，記者了解到實驗快堆在實現并網發電之后是一種維持狀態，并未運轉。當記者向張東輝提及此事時，他苦笑著對記者說：“你說到了我的痛處呀!”他向記者解釋說，一個堆要發揮作用，首先要運轉起來，但目前有幾個事情尚未得到解決。

首先，在并網發電過程中，發覺有些系統及設備存在缺陷，因此目前堆內正在進行整改，整改之后經過核安全局的許可才能繼續開堆。

第二個原因在于資金問題，實驗快堆前期總投資25億元僅能夠支持到40%發電這一節點，要開高功率，必然要帶來大量費用的產生，在新的資金尚未到位之前，目前沒有這樣的財力將快堆開下去，張東輝告訴記者，目前后續的資金支持也已經提上了日程。

最重要的問題在于燃料環節。我國的實驗快堆目前只落實了一爐燃料，燃料滿功率燃燒能夠支撐一年時間，接下來的燃料問題還沒有落實。“所以我們希望把后面需要在堆內考驗的燃料、材料的堆外研發完成，將之放入堆內之后再把堆開起來，以避免燃料浪費”，張東輝如是說。

資料

國際快堆發展情況

上世紀中期到七八十年代，國際上曾經興起過一陣快堆建設高潮，歐美的快堆幾乎都是在那個時代建成的。但是在那之后長達20年的時間里，快堆建設陷入低谷，前期建設的實驗快堆也基本退役。不過，在2000年之后，隨著第四代核電技術被提出和受到廣泛重視，目前，一股快堆建設的潮流正席卷全球。

第四代核電技術包括6種堆型，分別是鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水堆、熔鹽堆和超高溫堆。鈉冷快堆是所有堆型中的“一號種子選手”，建過18座。而其余的堆型還尚停留在理論研究階段。

上世紀80年代之后，美國停止了快堆建設，這其中有經濟危機的影響，也有防止核擴散的考慮，但美國一直沒有停止快堆研究工作。而這一情況已經發生了變化。由于放射性核廢料太多，美國先進快中子燃燒堆AFBR正在設計，估計2025年建成。

日本1977年建成JOYO，1994年建成MONYU。后者在1995年剛運行不久時意外發生了一次一般的鈉火事故。實際上，鈉火事故是工業事故，本身并不屬于核事故，但該事件還是引起了公眾的反對，反應堆也因此暫停。

不過，鑒于日本特殊的地理和人口條件，經原子能委員會組織專家論證，最終還是得出日本必須發展快堆的結論。因此，MONYU在停了15年之后，于2010年5月8日又恢復臨界。而JOYO在檢修之后也隨時準備恢復運行。

印度1985年建成快中子增殖實驗堆FBTR，雖然規模只有40MW，但時間上比中國早很多，并且仍在運行。

俄羅斯也是快堆建設大國，分別在1955年、1956年、1958年和1972年建設過4座快堆，目前都已退役。而1969年60MW的BOR-60和1980年建成的BN-600一直運行到現在。

BN-600雖然是一個原型堆，但是運行得很好，除了兩年的調整期，在運行的28年中平均負荷因子達到74%，幾乎跟商用堆一樣。