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陈叔平:不要吹捧三五年就能建成一座“第五代”新型反应堆“神话”了

2020-09-21 09:01  来源:中国核能    新型反应堆  核反应堆

近几年不时从网上看到:国内又有人在搞什么新型反应堆了,而且只要三五年就可以建成!还吹什么这是“第五代”,使我这个搞了一辈子核反应堆的老头子忍不住要来说几句!


近几年不时从网上看到:国内又有人在搞什么新型反应堆了,而且只要三五年就可以建成!还吹什么这是“第五代”,使我这个搞了一辈子核反应堆的老头子忍不住要来说几句!

可能年轻人不知道,让我先翻翻“老黄历”吧:

我国最早建成的重水反应堆,是苏联把他们完全成熟的技术搬了过来,从1956年动土到1958年国庆前建成,历时三年!

492游泳池式反应堆,完全根据苏联提供的资料和燃料等,从1959年开始设计到1964年建成,历时五年。此后清华核能院的200号和九院的300号,是492游泳池堆的翻版,大致也用了那么长的时间!

493高通量反应堆是我国完全自行设计建造的反应堆,从1965年“骑驴找马”开始,到1980年建成,花时16年!

潜艇核动力堆从1958年开始设计,到1970年陆上模式堆达到临界,花时12年!要知道那是全国“开绿灯”的极其优惠的条件,现在大概再也不可能那样了!

我国第一座秦山核电堆728,从1972年开始设计,到1993年建成发电,历时21年!

比较简单但完全自行设计建造的微型反应堆,从立项到建成也花了五年左右。当然后来完全掌握了技术,在国内外建的许多座堆都只需两年左右就可以了。

援助阿尔及利亚的八七一工程,1985年就开始前期工作。1987年正式起动,1992年7月18日完成满功率120小时试验。尽管有101重水堆的成熟经验,也花费了五年多时间。

中国实验快堆从1987年真正启动,到2012年才达到临界,花时24年!要知道那还是与俄罗斯合作,取得了他们许多经验和主要设备的结果!

完全自行设计建造的中国先进研究堆CARR,1993开始设计前期工作,1998年正式开始设计,到2012年3月1日满功率运行,不算前期工作,花时14年!

从上述历史可以得出一个结论:只有已经成熟的反应堆翻版建造,才有可能三五年内建成。如果有所改进和创新,哪怕还有其他参考资料和关键设施提供,起码也要十年以上,甚至二十多年!以至它们也往往要一而再、再而三地“调概”。

为什么会这样?我认为核反应堆的燃料、材料、冷却剂、慢化剂等多种多样,排列组合可以变出许多花样,即各种堆型,但万变不离其宗,它们都必须经受下列“磨炼”:

(1)反应堆物理

反应堆内的中子性状是一个非常复杂的物理现象。中子的能量不同,与堆内各种物质起作用(裂变、散射、吸收)的概率即“截面”也不同。物理设计必须算准临界质量、剩余反应性、中子注量率的大小和分布、各处的控制棒效率等一系列参数,还不能有正反馈的温度系数。即使有现代高超的计算技术,通常这些结果都还不能全信,还必须建造零功率反应堆进行测试。一座新的零功率反应堆又会带来许多新的测试技术等问题,需要花力气、花时间去解决。

(2)反应堆热工流体力学

如果冷却剂采用的是已经十分成熟的普通水,那么它的反应堆热工流体力学计算绝大部分可以采用成熟的经验公式。但如果采用一种新的冷却剂,譬如铅铋合金,问题就来了:首先要保证它的制造质量,合金成分要正确,杂质含量要能够达到标准,要能够测量准确,要有净化的手段,要有能够测量它的温度、流量、压力的手段,要能够测准,因而所用仪表需要标定。要知道它的热物理性质,如热导率、比热、热扩散系数等。然后要建造专门的台架,往往不是一座两座,而要许多座,在它们上面进行热工流体力学试验,获得这种新冷却剂的传热系数、摩擦阻力系数、形阻系数、在反应堆内的流量分配、在燃料组件内的流速分布等数据。这些试验可不是一天两天就能得到结果,往往要一大批专门人才工作三五年才行!

(3)反应堆控制

无论是“补偿”、“安全”还是“调节”,必须保证反应堆始终处于“缓发临界”的可控状态。因此控制棒的结构、在堆内的分布、运动次序、都是需要专门研究、设计甚至作必要试验才能确定下来。特别是要确保在包括地震等任何极端情况下它们都能发挥作用,还必需在专门的抗震台架上反复进行考验!

(4)反应堆材料

反应堆内有各各种各样的材料,包壳、结构材料、控制材料等等,它们往往是一些特殊材料,需要单独专门制造。首先要保证制造质量,成分、杂质都要符合规定的要求,为此要有相应的能保证准确度的检测手段。它们必须能够抗冷却剂的腐蚀,为此要做静态腐蚀、动态腐蚀以至在中子辐照下的动态腐蚀,这些都需要建造相应的台架,要进行长期的试验、考验。它们的机械性能等也必须符合要求,特别是必须具备抗辐照性能的特殊要求。这些辐照考验都要达到它们未来经受的中子注量,为此必须要在具有较高中子注量率的反应堆内建造专门的小回路上进行。这只有在具备高中子注量率研究反应堆的专门机构中才能进行!

(5)反应堆燃料

毫无疑问,反应堆内最重要的是燃料!它是新型反应堆的核心。但不管是燃料元件还是燃料组件,都必须经过加工制造、堆外考验、堆内考验、辐照后检验等一系列研发工作,达到要求后才敢使用!这是要有一大批富有经验的专门人才长期工作才能取得结果,没有十年八年是拿不到可靠结果的!

(6)反应堆屏蔽

裂变反应堆必然会产生中子和伽玛线,对它们的屏蔽始终是最头疼的问题。至今为止,唯一的办法就是“挡”,用强吸收中子和伽玛线的物质把人与反应堆隔开!现在有人提出“第五代”反应堆的一个特点是具有“物理临近性”,不知有何“高招”能够做到这一点!

俄罗斯专家曾亲口告诉我:冷战期间,俄罗斯曾经建造了十几艘采用铅铋合金冷却剂的核潜艇,但因为铋的感生放射性太强,导致许多艇员死亡,不久就不得不将多艘停役!

(7)专用设施

冷却剂一变,所有与它有关的设施都必须相应改变。例如泵、热交换器、阀门、测量仪表、等等。它们必须研制、进行堆内、外考验。这些都可能做到,但都不会短期奏效。

(8)反应堆安全审查

最早对反应堆安全的考虑,只要能够对付“三类事故”“四类事故”就可以了,但自从发生切尔诺贝利事故和福岛事故后,为了确保安全,安全审查越来越严格,必须对付许多很难想得到的“严重事故”!一座新反应堆,光是通过反应堆安全审查,没有三四年是下不来的!

好了!知道了上述情况后,你还会相信三五年就能建成一座“第五代”新型反应堆的“神话”吗?

刚建成了一条新冷却剂的堆外回路,刚建成了一座零功率反应堆,就声称马上要建成新一代的先进反应堆了!就好比万里长征还没有离开江西,就声称快到延安、革命就要胜利一样!不觉得太可笑吗?

奉劝某些同志,想想我在上面提出的一系列工作,踏踏实实、一步一个脚印地往前走!爱惜自己的声誉,不要再忽悠了!

陈叔平
2020年9月




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