熊兔原子能合作——潜力无限

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划重点

01兔子与大毛国家原子能集团合作在快中子反应堆、核燃料循环闭合系统等领域具有持续数十年的潜力。

02大毛国家原子能集团是兔子在快中子反应堆、核燃料循环闭合系统等领域的唯一外国原子能供应商。

03兔子与大毛在钠冷快堆、铅冷快堆等领域有合作可能,但目前尚未看到相关报道。

04除此之外,兔子与大毛还在航天领域的核电池方面有密切合作。

以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考

近日,SPUTNIK报道:大毛国家原子能集团公司(ROSATOM)国际业务总监,鲍里斯∙阿尔谢耶夫接受采访时表示,兔子与大毛国家原子能集团的合作,在快中子反应堆、核燃料循环闭合系统等领域,具备持续数十年的潜力。 

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他说:“我想强调的是——大毛国家原子能集团,是兔子(在快中子反应堆、核燃料循环闭合系统等领域)唯一的外国原子能供应商。”

兵器迷点评如下:

一、快中子堆 & 封闭式核燃料循环

鲍里斯∙阿尔谢耶夫所说的”中子”,或快堆,是“快中子增殖反应堆的简称。目前的轻水堆,一般采用的核燃料是3-4%丰度的浓缩铀-235。即真正参与核反应的原料只有3-4%——轻水堆中的核燃料除了3-4%的铀-235,剩下的是铀-238。轻水堆会产生大量具有高放射性的铀-238核废料——其后期处理和再利用是很麻烦的一件事。

而快中子不用铀-235,而改用钚-239作堆心燃料并在钚-239外围再生区里放置铀-238。这样,当钚-239发生裂变反应放出的快中子,会被再生区的铀-238吸收,变为铀-239。铀-239经过N次衰变,又转化为钚-239———而且钚-239再生速度高于消耗速度——为反应堆持续提供燃料供给

也就是说,这样的堆型,钚-239裂变后产生能量的同时——核燃料钚-239越烧越多,铀-238核废料越烧越少——既节约了宝贵的浓缩铀-235——自然界中铀-235的蕴藏量仅占铀矿储量的0.66%,99.2%是铀-238。同时,又减少了铀-238核废料。因此实现了快速增殖,被称为“快速增殖堆”。

同时,快中子堆的铀-钚循环,能够对核反应堆乏燃料组件进行后处理,从中回收铀、钚进行重复利用的核燃料使用,实现了封闭式核燃料循环,即losed nuclear fuel cycle。快中子增殖堆可以使铀的总利用率,从轻水堆的3-4%,提高到60%-70%。

在实际工程中,快中子堆一般将二氧化铀与二氧化钚混合燃料,即铀钚混合燃料MOX(或碳化铀-碳化钚)加工成圆柱状核燃料芯块,装入直径约6毫米的不锈钢燃料包壳,组成燃料棒。而快堆燃料组件,就是几十到几百根燃料元件细棒组合的六角形燃料盒——

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2014年,第四代核能系统国际论坛GIF,公布了更新版的《第四代核能系统技术路线图》,明确了未来10年内第四代反应堆研发工作的重点。其中推荐了6种先进核能系统,作为

全球四代核电的候选堆型——

钠冷快堆(SFR)

气冷快堆(GFR)

铅冷快堆(LFR)

熔盐堆(MSR),

超临界水堆(SCWR)

超高温气冷堆(VHTR)

这其中,前三种为快中子堆型,熔盐堆和超临界水堆有快中子和热中子两种子类,超高温气冷堆为热中子堆。

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那么,大毛所说的熊兔合作,是在哪些堆型上呢?


二、熊兔合作建快堆

兵器迷所知,熊兔合作的快堆,主要就是GIF推荐6种堆型中的钠冷快堆(SFR)

钠冷快堆的核燃料的增殖能力很强——采用铀钚金属燃料运行的大型商用钠冷快堆,增殖比可高达1.582,倍增时间短至6.2年。这意味着届时如果将钠冷快堆增殖的核燃料提取出来,就可以装备另一座相同规模的快堆核,实现钚239的增殖。而且,钠冷堆只需要少量的水就可以运行,在干旱地区有推广前景。

钠冷堆的主要问题在于安全性——钠冷快堆以液态金属钠作为冷却剂。而钠泄漏后可以在水中,甚至空气中燃烧,或水中会爆炸,极具危险性。

大毛的核电技术的研发实力和快堆技术储备,在全球也是首屈一指的——2007年5月,大毛就宣布开发三种堆型(SFR、LFR和VGTR)5个系列的(BN-800,BN-1800,SVBR,BREST,GT-MGR)第四代反应堆

这其中,大毛钠冷快中子反应堆——利用快中子轰击钚239来发生裂变链式反应的核反应堆——BN-800,其电功率提升到了880MW,并在2014年首次临界,2016年2月首次并网发电,当年11月实现商业运行,是世界上最大最先进的商用快堆—— 

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规模更大技术更先进的BN-1200快堆,大毛也在规划中—— 

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西方对我兔与大毛合作的主要担心,有以下几点:

1 钠冷快堆SFR,体积小功率大,是未来核潜艇的潜在动力堆型。

2 兔子在合作中将具备大量生产武器级钚钚-239的能力。

首先,福建三明核电站厂(福建省将乐县高唐镇上坊村),规划建设4台百万千瓦级核电机组。一期工程规划建设2800MW级钠冷快中子反应堆核电机组,技术方案参考的,就是大毛商用示范快堆电站——BN800

福建省霞浦县的快堆示范项目:

该项目第1号机组60万千瓦CFR-600示范快堆工程的建设,在2017年底在福建省宁德市霞浦县长表岛开始动工。2019年与兔子核工业总公司(CNNC)与大毛Rosatom达成合作协议,由大毛供应核燃料。预计2023年并网,成为我兔实现封闭核燃料循环计划的一部分。 

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CFR-600示范快堆

该反应堆将采用FOX / t燃耗为100 GWd的MOX燃料,并通过两个钠冷却剂回路产生480°蒸汽,热效率为41%的1500 MWt,600 MWe C。之后燃料为燃耗为100-120 GWd / t的金属,增殖率约为1.1,设计使用寿命为40年 

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2021年6月8日,莫斯科投资和产业政策司新闻处称,大毛Doza辐射监测系统开发商和制造商多萨,向兔子发送了第一批用于福建省CFR-600快中子增殖反应堆的设备。比如,用于连续自动控制工作室空气中放射性气溶胶和气体的浓度以及通风系统,等等。该公司产品出口到全球 50 多个国家在 7 个外国核电站运行。

2023年4月23日华北电力大学与清华大学天津高端装备研究院专家,对《示范快堆堆容器及堆内构件三维热工流体瞬态计算验证》项目进行了技术评审和福建霞浦CFR-600快堆核电站项目验收

2号机组,即第2座霞浦示范快堆CFR-600钠冷池式快中子反应堆,也在2020年12月27日开工建设,并计划在2026年建设完成。

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铅冷快堆LFR


铅冷快堆LFR,在金属冷却快堆中是最安全的,但安全仍然是一个问题——铅或铅/铋管道腐蚀性很强,一旦冷却就彻底报废,而且为了将铅的融化温度降低200度加入的铋,被辐射后会产生会产生钋Po-210——既是剧毒又是高放射性。

值得一提的事,我兔中核集团原子能科学研究院,拥有我兔首个用于结构材料抗铅铋腐蚀冲刷的高性能铅铋动态腐蚀试验回路。该院模拟开展了堆内运行工况(除辐照条件除外)下,高温高流速铅铋合金中的腐蚀冲刷性能等腐蚀机理研究和工程验证实验设备研发。而且所有设备都是国内首次加工制造的。

我兔的首座铅铋反应堆——启明星Ⅲ号,2019年10月9日实现临界但只是功率不超100W的零功率反应堆。主要目的是获取零功率实验数据,对关键核数据、堆芯物理设计方法、反应堆测量技术等树立“标尺”。

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大毛在铅基堆(铅铋快堆)领域,具有良好的技术基础——1950年代,苏联就开始研究液态铅/铅铋冷却快堆。1990年代初,大毛提出SVBR-75/100设计概念,即铅铋共晶体(LBE)反应堆技术,并在高放废物分离-嬗变研究中提出了加速器驱动的次临界快堆(多选铅铋冷快堆)方案。大毛核潜艇装备的铅基堆,已有近100堆年的成功运行经验

大毛铅铋堆的主要代表型号有SVBR-100(发电容量100MWe)、BREST-OD-300(300 MWe)。 

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大毛开发的代表堆型BREST-OD-300

30万千瓦的Brest-300于2021年开工;2024年1月,示范堆已安装钢制反应堆底板和安全壳下层。按计划预计2027-2029年投运,其后处理模块预计2025-2026年开工,2030年投入运行。

因此,如果我兔与大毛合作开发铅冷快堆,还是有一定可能性的,但目前尚未看到相关报道。

三、其他原子能源合作


在快中子反应堆、核燃料循环闭合系统等领域之外,大毛国家原子能集团还参与建设了兔子田湾核电站的4个机组,即江苏田湾核电站1、2、3号机组以及田湾核电站4号机组。另外还有4个新机组正处于建设阶段,其中2个在徐大堡核电站,2个在田湾核电站(注:江苏连云港市连云区内)。


根据我兔核电2018年6月10日的公告,熊兔双方将合作建设有两份框架合同,分别为田湾7、8号机组,和徐大堡3、4号机组。二者均采用大毛设计的VVER-1200/V491型反应堆,核岛设备供货方为大毛国家原子能集团公司ROSATOM旗下的大毛原子能建设出口股份有限公司(Joint Stock Company Atomstroyexport,即ASE)。汽轮发电机组为主的常规岛、和BOP电厂辅助设施为国产设备。这四个机组的这两个框架合同,总价为36.20亿美元。


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田湾核电站7号、8号机组单机容量均为126.5万千瓦,设计寿命为60年。该项目于2021年5月开工建设,预计分别于2026年和2027年投入商业运行,将成为世界上最大的核电站。

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辽宁省葫芦岛市的徐大堡核电站,目前我兔纬度最高的核电站。其3号、4号机组于2021年5月19日,在兔子、大毛两国高层共同见证下开工建设。 

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此外,在航天领域的核电池方面,我兔与毛熊也有密切合作。比如:我兔嫦娥三号和四号携带的同位素热源共有两款:一款是用于整器保温的120W RHU,由某所研制生产,其中的钚238进口自大毛;另一款则是整件从大毛进口的用于仪器保温的小型RHU。

从熊兔两国原子能合作的现状和未来中,我们看到,两国持续深化“新时代全面战略协作伙伴关系”,各层级密切交往”,“双边关系始终高水平运行”,并不是空洞的场面话——

鹰西方的持续增大的敌意和与日俱增的破坏性,正在迫使熊兔迎来一个背靠背面对挑战,抗风雪抱团取暖的新时代。