聊一聊:刚刚获准延续运行的高通量工程试验堆

2021-11-03 10:11  来源:核电那些事    高通量工程试验堆  华龙一号

昨日中核集团官方披露:根据有关规定,经国家核安全局批准,中国核动力研究设计院高通量工程试验堆(HFETR)运行许可证获准延续,有效期至2028年10月31日。


昨日中核集团官方披露:根据有关规定,经国家核安全局批准,中国核动力研究设计院高通量工程试验堆(HFETR)运行许可证获准延续,有效期至2028年10月31日。
 
高通量工程试验堆成为国内第一座正式开展运行许可证延续技术审查的研究堆,实现了从零到一的突破。那今天就聊一聊它呗~
 
 
1高通堆干吗用
 
按照大家的兴趣,先说明白干吗用,再去感叹它的历史和惊艳它的不易。
 
首先,高通堆其实是研究堆的一种,简单来说,就是这家伙是用来研究核动力堆各种装置(比如燃料)的靠谱性。
 
大部分研究堆都是一个基本套路:产生中子轰击放入堆中的试验品(靶)来研究核反应。
 
研究堆大致分成两类。
 
一类是中子源用堆,其热中子通量比较低,大概是本文主角的1/10-1/100的程度。这种堆适应性大,应用广,能对堆物理、材料、化学、同位素、医学、工业技术和教学培训等广泛领域开展研究工作。这种堆数量很大,在发达国象(如美国)很多高等学校内就拥有一座这种类型的堆,也是我国同位素很多采购的来源。
 
另一类型是高通量试验堆,也称工具堆,一般量级在10的十五次方(看不懂没关系,你就认为它很大很密集就可以)。它是研究动力堆用的,因为动力堆不比与日常研究,这家伙劲大!所以要求中子通量也要上来才可以。但是这种堆通用性不大,且造价高,之前还消耗高浓铀燃料,其运行费用也较昂贵,它是必不可少的但又不必多建,各国有一两座即可。
 
现在大型核电站的堆型逐渐集中到轻水堆为主,其中压水堆型巳占主导地位。这些成就是与在高通量堆上进行研究试验密切相关的。
 
至今高通量试验堆仍是用来对各种新型反应堆的研究,已有堆的安全运行和提高经济效益,在这些方面,它仍起着关键性的指导作用。
 
2给它画个像
 
其实你可以在脑海里想象一个画面:
 
就是中子从核心区域产生后,到了不同的场景(试验孔道和考验回路)里去模拟真实的工况。
 
就像斗罗大陆小说里,主人公需要进入七怪各自的场景里去磨炼自己一样。
 
比如高温高压的水回路,这就是模拟真实的压水堆里,核燃料能不能撑住,如果是换成了钠作为冷却剂,就是模拟快堆的工况,那换成气呢?
 
诸如此类,不一定严谨,科普理解。
 
所以衡量一个高通量堆是否先进,有很多方面,但从使用者角度,很强调中子通量水平和可以提供辐照试验的空间,特别是高通量堆内应有相应的辐照回路设施。
 
3高通堆的历史
 
在中国,有代号才是身份的象征,比如第一座核电站也叫做728工程,本文主角恰好也有个代号的,叫做49-3堆
 
如果熟悉前一段时间核能供暖的新闻的话,大家应该对北京的49-2堆不陌生。
 
49-2堆是泳池堆,也是现在燕龙一号的技术前身,但是由于它过于小巧,对于研究动力堆有点力不从心,所以专心供暖这样的民生工程了,但是祖国的核动力事业怎么办,新型燃料元件、材料加速辐照考验的呼唤下,高中子通量反应堆 49-3堆 应运而生。
 
1968年5月15日,由国家计委、国防科委、国防工办批复了二机部关于反应堆研究设计基地建设方案的报告,项目代号为“49-3工程”。
 
 
1971年03月正式破土动工;
 
1979年12月达到首次物理临界;
 
1980年12年实现高功率运行;
 
1981年12月通过国家验收并正式投运;
 
1985年10月工程设计建造获得国家科技进步一等奖。(这个奖项的分量灰常重)
 
49-3堆是完全依靠我国自己力量建成的大型核试验设施,设计功率为125MW,其辐照能力在亚洲研究堆中名列第一。
 
 
世界各国主要高通量堆的技术参数比较
 
但为了不要骄傲,大家记住,是世界第三,也就是我们还有进步的空间。
 
但不得不说,它的建成表明中国核反应堆工程技术达到了新水平,带动了国内新技术的发展,推动了国内核科学与技术研究平台进入新的高度。
 
后续高通堆还进行了低浓度燃料的升级
 
为了响应IAEA研究和试验性反应堆低浓化(RETER)项目,减少和消除全球范围内民用高浓铀的使用,核动力院在1992年开始49-3堆燃料元件低浓化研究。2002年,由核动力院设计,核燃料元件制造单位完成了两组49-3堆低浓燃料元件的生产,紧接着核动力院完成了该燃料元件堆内辐照考验试验。(自己测试自己的口粮)
 
其实就是极大的减少了高通堆的燃料成本(这是对内实惠),顺带减少了核扩散的风险(这是对外口径)
 
TIP1:49-3堆建成后,核动力院1992年又自行设计建造了我国第一座乏燃料反应堆——岷江试验堆。岷江堆是一个游泳池型试验研究堆,具有功率低、安全系数高等特点。同时,岷江堆实现了乏燃料的再利用,与49-3堆形成了良好互补。
 
TIP2:49-3堆有四十年的安全运行记录。
 
4 华龙一号的幕后英雄
49-3堆被主要用于反应堆燃料元件及结构材料辐照试验、放射性同位素生产和中子辐照加工等领域,是我国核动力与核技术发展的大型关键设备。
 
在核燃料方面,实现了第二、三、四代反应堆燃料元件辐照考验要求。
 
在同位素方面,在两堆上研究开发的同位素产品已有十余个,部分产品已具备规模化生产能力。这些同位素产品中很多具有广阔的市场前景(很赚钱...)。
 
在材料方面,可以开展核级设备鉴定、硅单晶中子辐照掺杂、热缩材料γ辐照等工作。在硅单晶中子辐照领域,两堆已形成年辐照量达几十吨的生产能力,可以广泛应用于制造半导体器件、太阳能电池、高性能电子产品等。在辐照效应分析领域,完成了数十种结构材料的辐照分析,包括百万千瓦级压水堆核电站反应堆压力容器国产化材料、反应堆支撑裙材料、堆内构件材料、燃料包壳材料及其他一系列重要堆用材料的性能辐照试验。

 
 
就这么说吧,“华龙一号”实现 “自主研发、自主设计、自主制造”,大量基础数据的提供者就是它。
 
所以这位中国核动力事业的幕后英雄,今天被批准延迟退休了,是个值得分享的好消息。
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