“神来之笔”行波堆“助纣”核电发展

时间:2019-01-09 10:14:39 来源:新凤凰彩票网 作者:匿名



远程行波反应堆

1958年,麻省理工学院的Feinberg在和平利用原子能国际会议上提出了“扩散 - 燃烧反应堆”的概念。主要的物理过程是反应堆中可转换材料(如238U)的“原位”增殖。并且焚烧,整个封闭燃料循环在同一反应堆中实现,简化了核燃料循环,并在单程模式下提高了铀资源的利用率。

由于增殖焚烧过程通常具有增殖行波和焚烧行波的物理图像,因此它被广泛称为“行波反应堆”。具体实施方式可以进一步分为两种:行波反应堆和驻波反应堆。如果行波反应堆能够成功开发并投入使用,它们为地球上的每个人提供足够的能量,在美国人均花费1000年。在这方面,费因伯格说:如果这个方案可行,将来我们只需要“每个星球上有一个浓缩工厂”,也就是说,只有铀浓缩才能点燃行波反应堆,这可以通过使用现有的乏燃料来提供和天然铀。世界上每个人都使用千年的能量。

然而,在当时的技术条件下,行波反应堆与核聚变一样遥远,它只能是一个纯粹的理论研究。行波电抗器的燃料消耗应达到30%以上,燃料包壳应达到500dpa(材料的照射性能)。在当时的实验室条件下,材料的辐照性能可以达到每年不到100 dpa。 。相对而言,当时水反应堆技术在技术上更可行,更适合工业应用。利用这项技术,世界核电大规模发展。因此,行波电抗器被遗忘在工业应用的门槛之外。

随着世界核电的发展,一些问题日益突出:核燃料的来源,乏燃料后处理问题以及核扩散的风险。

乏燃料含有大量放射性元素,放射性元素,如果处理不当,会严重影响环境和与之接触的人的健康。目前,世界上有两种处理乏燃料的方法:一次通过和乏燃料的后处理。

有两种方法可以进行乏燃料后处理。一个是在乏燃料从反应器中排出后,可以通过后处理分离铀和钚。铀和钚可用于其他目的。经过数万年的废铀和钚储存,放射毒性可以降低到相当的天然铀水平。另一个是除了铀和钚的分离之外,第二量的镧系元素被进一步分离,这是先进的燃料循环。亚核核素中的一些放射性核素具有非常长的放射性半衰期,并且是除锶之外的乏燃料中长期放射性毒性的最重要来源。在分离所有act系元素后,剩余的乏燃料可以通过储存仅几百年而降低到相当的天然铀水平。虽然许多国家的后处理技术已经成熟,甚至已达到工业规模,但到目前为止,主要用于压水反应堆乏燃料的后处理,没有生产线可用于快堆和封闭燃料循环。对于工业应用,尚未真正建立国家级完整的封闭式燃料循环系统。同时,可以分离钌的后处理技术是一种敏感技术。后处理技术降低了乏燃料的毒性,并带来了核扩散的隐患。美国代表的国家对现有的后处理技术不满意。他们认为现有的后处理技术消耗了大量的人力,物力和财力,需要特别长的时间。对于未来的发展,最好等到技术进步到足以找到更适合工业应用的解决方案。它们主要采用“一次通过”的方法,即核燃料焚烧后,从堆中排出并深埋,以便后处理技术更先进后处理。

在核电发展的困境中,美国塔拉能源公司已将注意力转向看似无法实现的行波反应堆技术,并积极开展相关研究。

梦想成真

作为世界上最富有的人之一,比尔盖茨曾说他有三个理想:一个是每个人都有一台电脑,都使用Windows系统;另一个是消除艾滋病,肺结核和疟疾,每个人都有平等的医疗机会;第三是让穷人使用清洁和经济的电力。为了实现自己的理想,比尔盖茨做出了不懈的努力。 2006年,在评估了理论研究和讨论的所有类型的核反应堆之后,比尔盖茨选择了行波反应堆并成立了Terra Energy来开发该技术。

行波反应堆可以通过现有的贫化铀,乏燃料回收铀或天然铀来加油,这解决了燃料来源的问题并减少了乏燃料的储存问题。同时,在理想条件下,行波反应堆只需要10年。添加增殖燃料的转化不需要后处理并消除核增殖的风险。如果行波反应堆成为现实,不仅会阻碍阻碍核能发展的核心问题,而且可以同时解决困扰人类多年的能源问题。

2006年,塔拉能源公司首席执行官兼美国应用物理学家吉约翰说:我们认为行波反应堆的概念潜力巨大,但速度不是很快。塔拉能源公司的使命是开发严格的技术和工程开发,在一定程度上完善行波反应堆的概念,然后继续由大型核能公司进行商业开发。

作为一个概念,建造第一座反应堆的成功是决定行波反应堆未来发展的关键步骤。 2010年,比尔盖茨接受了麻省理工学院《科技创业》杂志的采访,称Terra能源公司并没有计划筹集资金建造一座波浪反应堆。 “它将与一些国家和大公司合作建立。”比尔盖茨认为,在亚洲建造行波反应堆的可能性高于北美或欧洲。中国在全球新核电站中占据领先地位的40%。他“相信中国的核电项目将成为其他国家负责任地发展核电的典范。”比尔盖茨于2009年底开始了中国之行。

2009年11月,比尔盖茨参观了中核核电研究所的实验快堆,并发表了主旨演讲。他提到,如果能够实现行波反应堆的梦想,美国现有的贫化铀材料可以使用一百一百。这个10,000千瓦的行波反应堆运行了100年。

这是一个令人兴奋的核能发展数据。根据中国的核电发展计划,到2020年,中国的运输机将达到5800万千瓦。届时,中国的铀资源战略储备和乏燃料安全管理将面临巨大挑战。如果中国核能发展积累的贫铀和乏燃料可以作为行波反应堆的燃料,那么中国核能的大规模可持续发展将不再是梦想。

将概念变为现实是一个漫长的过程,涉及众多的讨论,论点和修订。塔拉能源的行波反应堆研究自2006年以来,随着深入的研究和技术解决方案,行波反应堆经历了从理想的行波反应堆概念到商用行波反应堆模型的发展。

“TWR”是Tara Energy的原位增殖焚烧快堆的名称。现在的实际发展是驻波反应堆解决方案,它是行波反应堆概念的延伸,并结合工业技术的可实现性。技术的连续性,Terra目前的技术路线始于传统的金属燃料快堆计划,首先要建立一个可以测试的原型行波反应堆(TWR-P)。通过对原型行波反应堆材料辐射测试的全面测试,逐步技术积累,最后开发和推广商用驻波反应堆(TWR-C)模型。然而,由于目前行波堆的一些关键系统和设备成熟度低,仍存在一系列严峻的技术挑战,特别是商用行波反应堆燃料的技术开发和试验验证,存在较大的技术风险。 “余宏,原子能研究所中美合作项目技术总监。在塔拉能源计划中,2015-2025是原型反应堆的设计,开发和建设阶段。原型反应堆设计完成后,商用行波反应堆将在建设,调试和早期运行期间完成。详细的设计和规划。

为了提高行波反应堆的实用可行性,Terra Energy将行波概念与钠冷快堆结合起来,提出了在点火区和增殖区倾倒部件的策略,充分利用相对成熟的快堆技术。在优化布料和倾卸策略的基础上,实现行波,提高燃料利用率。目前,塔拉能源与中国核工业集团公司正准备联合开发的600MW原型反应堆TWR-P,实质上是一种倾倒式金属燃料钠冷快堆。

在推进TWR-P原型反应堆的过程中,中核原子能研究所发挥了重要作用。行波反应堆与传统的钠冷快堆有许多共同的技术。包括钠在内的许多系统和设备都是连接在一起的。不同之处在于核心和燃料。作为中国行波反应堆的总体技术责任单位,原子能研究所是中美行波反应堆联合技术评估和独立技术评估的主要承担者,也是主要的技术评估发言人。在与美国行波反应堆团队不断沟通和沟通的过程中,原子能研究所的技术人员提出了许多建设性的意见。

行波反应堆和普通钠冷却快堆之间的最大区别是核燃料需要在反应堆中经历数十年的辐照,因此研究核反应堆中核燃料的使用性能尤为重要。在2015年4月行波反应堆评估专家评审会上,塔拉能源公司透露,他们已通过爱德华国家实验室,法国Ahaima和美国Weridian公司完成了行波反应堆的测试。燃料束的组件设计,加工,流量测试,俄罗斯BOR60的材料辐照测试。

今年8月31日,中核集团组织了行波反应堆独立技术评估报告专家评审会。包括潘自强,叶其珍,齐克强,徐伟,原子能研究所,核动力研究所和核电等院士在内的20多位专家参加了此次工程公司和其他组织的20多位专业人士的参与。专家认为,行波反应堆技术是一种可选的反应堆类型,可提高铀资源的利用率,实现核能的可持续发展。美国提出的原型反应堆 - 商用反应堆的技术路线是合理可行的。共同创建一个行波反应堆

在中美正式合作之前,双方已经开展了很多工作并举行了多次会议。

自2010年以来,原子能研究所对行波反应堆进行了大量研究工作。

机会只会给那些准备好的人。由于CNNC在快堆技术方面无可争议的优势,Tara Energy已经发放了一个橄榄枝。

2013年底,中美两国政府签署了行波反应堆合作实施方案。 2014年,在中美合作协议中,两国授权中国核工业集团公司和Terra Energy合作开展此项合作。这两项协议的签署标志着中美在行波反应堆技术方面正式启动。

与引进项目不同,中美在行波反应堆领域的合作是中美两国在高科技领域的共同发展。计划中国和美国共同资助,技术和人才,并完成研究。技术开发和设计在工程阶段,共享知识产权。在此基础上,完成原型反应堆项目的建设和世界未来的商业化。

2015年8月底,在中核集团组织的行波反应堆独立技术评估报告专家评审会上,与会专家认为,与美国在波浪堆上的合作符合中国的战略方向。而中核集团的核能发展,并不比中国目前的发展更快。堆的技术路线可以相互补充,相互促进,有利于促进核能产业的技术升级和可持续发展。

专家指出了金属燃料快堆燃料的先进形式和发展方向。金属燃料快堆研发中的国际合作,关键设备的开发和原型反应堆的建设将有助于加快实现基于传统快堆的第二步核能战略,缩短战略过程。

此外,由于行波反应堆的反核扩散,与其他先进的核能系统相比,行波反应堆是由中国核工业集团公司和Terra Energy联合开发的核电项目,最有可能被提升到第三世界国家。具有重要的商业价值。

今天,Terra Energy完成了原型行波堆芯的概念设计的一部分,并计划进入工程设计阶段。预计到2023年将成功建造行波反应堆的原型反应堆。

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