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“核电宝”开启核能产业新时代
2018-3-30

近日,铅基堆产业发展战略研讨会在安徽合肥举行。来自国家与地方主管部门领导、百余名行业院士专家以及100余家行业单位的代表,围绕“开拓铅基堆产业,共创革新型能源”的主题展开了研讨。

会上,倡议由中科院核能安全技术研究所牵头共建“铅基堆产业战略联盟”,推动我国铅基堆产业标准、规范的完善,形成铅基堆创新产业链条,服务国家能源战略需求和国民经济发展。

据了解,该所经过三十余年的持续基础研究与关键技术攻关,铅基堆整体研发工作已处于国际领先水平。基于铅基堆技术设计研发的“核电宝”,被认为有望实现小型能源技术的革命,这两年受到广泛关注,带动国际超小型堆研究热潮。

那么,“核电宝”究竟是什么“法宝”?怎么评价这款黑科技产品呢?今天,小编就跟大家聊聊有关“核电宝”的话题。

“核电宝”到底是什么?

“核电宝”其实就是一座超小型的可移动核电站,采用了第四代核电技术——铅基快中子反应堆。目前,大部分的核电站,都采用水作为热量传递的介质,但同时人们也在寻找比水更优秀的物质,比如液态金属。铅基快中子反应堆就是这样一种采用液态铅金属冷却的核能系统。

铅虽然是一种固体金属,但它的熔点比较低,只有327℃。如果把铅与其它金属做成合金(铅基材料),例如铅铋合金或铅锂合金,则熔点更低,仅有一二百摄氏度。当铅或铅合金熔化成液态后,粘度很低,具有非常好的流动性,放在反应堆内,然后不断循环流动,带走核燃料发出的热量,整个过程就像是用核燃料持续不断地烧一锅炉“铅基液体”,“铅基液体”升温后,通过换热器再传递给二回路的水,水变成高压水蒸气,用来发电。

 

这样的原理,就意味着“核电宝”比现在的大多数电站可以做到更小、更安全、更高效、核燃料使用时间更长。为什么?我们下面接着讲。

“核电宝”有哪些优势?

一是安全。由于采用了铅或其合金,整个反应堆的运行压力环境与通常水冷反应堆不同,水冷反应堆工作环境超过一百个大气压,像个“超高压锅”,而铅基反应堆是工作在常压下,也就是你我平常生活的气压环境,这就降低了高压带来的危险性。铅及其合金在高温下也是一种温和的液态金属。与传统的水冷却剂相比,铅基冷却剂的沸点高达一千七百多度。因此,不用担心高温时反应堆变成一口潜在危险的“高压锅”。另外,铅基材料本来就具有非常好的防辐射功能,同时化学性质稳定不活泼,几乎不与水和空气发生化学反应,不仅可以有效避免像日本福岛核电站那样发生氢气爆炸的恶性事故,还可以将核燃料的资源利用率延长到千年级别。同时,铅基堆还有一种神奇的“自愈”功能,即反应堆一回路发生轻微泄漏时,泄漏的铅合金会冷却凝固,封堵破口,这就跟人体血液的功能一样。

二是超小型。冷却介质是决定核反应堆大小的重要因素之一,铅基冷却剂的热导率也更大,约为水的三十倍,如此优异的导热性和热稳定性,使铅基液体可以更快速地带走热量,这也意味着冷却效率高;再加上铅基冷却剂的高沸点,反应堆温度可以更高,因此发电效率更高,使得核能装置超小型化变得更有可能。另外,铅基反应堆系统组成简单,减少很多传统反应堆的设备,这也使得“核电宝”整个系统可以做到更小。

三是可持续性佳。现在大部分的反应堆都是热中子反应堆,与燃料发生反应的是慢中子,这种中子只能和非常稀有的铀-235发生反应,而铀-235在一根燃料棒中仅占约3%,剩下的97%是铀-238,最后都成了废料。而“核电宝”采用的铅基反应堆不同,它主要利用快中子,快中子可以和97%的铀-238反应,并且反应后生成的又是一种可以继续裂变的燃料钚-239。而且铅能增殖中子,丰富的中子可大幅提高燃料利用率。受益于增殖,“核电宝”装一次燃料可以实现续航三十年的小目标,在这一点优于其他反应堆。

“核电宝”的未来前景怎么样?

“核电宝”因为安全、小巧灵活、可持续性佳,在我们的现实生活中,用途非常广泛。作为小型高功率能源,可实现城市供电供暖、海洋与海岛开发、船舶与航空航天动力、偏远地区分布式供电等重要应用,此外在同位素生产、海水淡化等方面也有诸多应用前景。在不久的将来,核电宝或将成为我国继高铁之后又一个跻身世界领先水平的国家名片。

  
 
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