核能开发助推我国核领域技术创新初步实现与世界并跑

2018-01-12毋涛

中国核电 2018年1期

毋　涛

(中国核工业集团有限公司规划发展部,北京 100822)

核科学技术是核能可持续发展的重要支撑,是推动国家科技发展和综合国力提升的重要技术力量。加强我国核科学技术研究,对于促进核能事业创新驱动发展、军民融合发展和绿色协调发展具有重要意义。核能开发科研专项作为国家设立的支持国内相关单位开展核科技活动的重要渠道之一,多年来,充分发挥引领、支撑、促进作用,为提升我国核科技研发整体水平,建设中国特色先进核工业体系发挥了重要作用。

中核集团作为国家核工业主体、核科技创新的主力军,是国家核能开发科研专项项目的主要申请和承担单位。中核集团规划发展部是组织核能开发科研项目前期策划、组织管理的主要部门,负责组织完成中核集团核能开发科研项目前期策划及规划方案编制,确保重点项目、任务纳入国防科工局核能开发规划,负责组织编制核能开发科研项目建议书并上报国防科工局,确保项目顺利获得批复立项后开展实施。

“十一五”以来,中核集团规划发展部已组织策划、落实核能开发项目约100项。通过核能开发科研,中核集团对核电与反应堆技术、核燃料循环技术、核安全技术、核技术应用等领域的基础研究、技术开发和工程研制进行了持续的研发投入,实施了一批科研项目,开展了一系列关键技术攻关,获得了一大批科研成果,核心研发能力大幅提升。

1　核电与反应堆技术取得重大突破

开发具有自主知识产权的百万千瓦级三代压水堆核电技术。“华龙一号”填补了我国自主化三代百万千瓦级核电技术空白,使我国形成了具有国际核电市场竞争力的自主品牌,打破了国外核电技术长期垄断和知识产权的限制,对保障国家能源安全、落实核电 “走出去”战略都将产生重大影响。“华龙一号”核电技术充分借鉴吸收国际三代核电技术的先进设计理念和现有压水堆核电站设计、建造、调试、运行的经验,考虑了福岛核事故的经验反馈,采用能动与非能动相结合的设计理念,提供了多样化的手段以保障核电站安全。具备完善的严重事故预防和缓解措施,提高了应对外部事件的防护能力。

推动模块式小型堆研发及示范应用。模块式小型堆 (ACP100)是一种革新型能源系统,采用完全非能动的专设安全设施,能应对各种极端事件,具有良好的固有安全性,满足最高安全标准,达到国际先进反应堆技术水平。模块式小堆具有多种用途,能广泛用于城市供热供电、工业园区供气供电、海水淡化、破冰船、海上船舶动力。

支撑四代先进核电技术研发。通过核能开发支持,掌握了实验堆规模的快堆设计和建造技术,在反应堆设计、安全分析、堆芯组件、关键设备及仪表、钠工艺及安全、控制和保护、物理启动、调试等方面突破一批关键技术,并基于实验快堆技术基础开展示范快堆工程技术研究,在标准体系、安全分析软件、数据库、仿真机、先进结构材料、钠泵和钠阀、钠清洗去污工艺、钠火安全等方面取得成果,支撑示范快堆工程技术发展。

开展超临界水冷堆核电技术研究,为核能及新能源拓展储备了前瞻先导技术。通过一系列研究确定了超临界水冷堆研发的总体技术路线,形成超临界水冷堆的总体技术方案,为我国超临界水冷堆的发展指明方向,为后续科研及工程设计奠定基础。

助推聚变能研发不断升级。HL-2 A2 M装置运行参数不断更新,成功实现等离子体偏滤器位形放电,放电时间6.05秒,电子温度达到5500万度,在高约束模物理、磁流体动力学和高能粒子物理、边沿局域模物理和输运、有限环扰动等多个聚变研究前沿取得了创新性研究成果。

2　核燃料循环技术实现跨越发展

自主CF系列燃料元件研制取得突破。CF2燃料组件采用国产再结晶Zr-4锆合金包壳材料,对燃料组件多个部件进行了优化改进,实现了定位格架完全国产化,辐照考验已经全部完成,堆内表现良好,解决了 “华龙一号”走向国际的瓶颈。CF3燃料组件在设计上充分考虑了三代核电对燃料组件安全性和先进性的需求,其包壳材料采用了自主研发的N36高性能锆合金,综合性能与当前国际先进燃料组件相当。四组CF3先导组件于2014年7月在中核运行第二核电厂2号机组顺利入堆,开始随堆考验,运行状态良好,标志着我国燃料组件研发重大里程碑的实现。

铀转化生产线技术取得突破。掌握了干法铀转化技术,解决铀转化工程关键设备和工艺技术瓶颈,实现了技术的跨越,缩短了与国际先进铀转化生产技术的差距,在提高产能的基础上,进一步改善对生态环境影响 (环境友好性)。

地浸采铀技术达到国际先进水平。首次建立了低浓铀溶液化学行为数学模型,提出了大流量低浓度地浸采铀的新思路;研究了CO2+O2溶浸液配制和使用技术,解决了矿层堵塞的难题;首次实现了吸附工序和溶浸液配制工序一体化;实现了全流程自动化控制,为以CO2+O2绿色地浸工艺为标志的第三代采铀技术实现规模化应用奠定了基础。随着新疆、内蒙古两个CO2+O2地浸采铀矿山的建成投产,我国成为继美国之后全球第二个成功掌握CO2+O2地浸采铀技术并实现工业化应用的国家。

3　核安全、核应急与辐射防护技术持续改进

辐射监测、辐射防护最优化等技术取得长足进步。通过辐射环境监测系统,实现对核设施厂区空气、土壤、水资源的环境辐射监测;通过生物样品中14C测量方法研究,实现低水平环境样本中动植物的辐射水平监测;研制的闭气式正比计数器表面污染监测仪、手脚表面污染监测仪等设备,完成辐射厂区人员辐照水平监测;研发完成事故后测量装置,用于进行反应堆运行、事故及事故后的辐射场的测量。

核与辐射安全管理与评价水平得到提高。针对目前许多内陆核电选址中多出现小风、静风频率较高的厂址,进行复杂条件下大气扩散模型的研究,同时,对大气扩散因子计算模式的有效性和不确定性进行深入分析和验证。完成核电站冷却塔对放射性烟羽的影响研究;液体放射性释放物质排放数值计算和物模试验研究;完成核电站非人类物种辐射影响评价模式和环境影响评价筛选模式的研究与应用;开展辐射损害判定技术和方法研究及辐射防护最优化研究,通过工艺系统及设备的调研与辐射防护情况调研、ALARA检查与现场分析方法的建立与应用、经验反馈数据库的建立、最优化定量分析方法及现场应用、最优化程序文件的制定等过程,开发了经验反馈数据库软件。

核应急决策支持研究不断深入。为适应核与辐射应急工作面临的新挑战和新要求,将国内外先进的科学技术应用于核应急准备与响应,以逐步完善我国的核应急技术体系,为核应急决策和核应急响应提供更为有效的技术支持。完成了小尺度风场预测技术与放射性物质弥散数值预报模拟技术、核应急航空监测数据空地传输接口技术、放射损伤救治指南及相关技术等研究。