快堆，高效利用铀资源，保障核燃料供应安全——专访我国快堆首席专家徐銤院士

快堆，高效利用铀资源，保障核燃料供应安全
——专访我国快堆首席专家徐銤院士

Fast Reactor can Effectively Use of Uranium Resources to Ensure the Security of Nuclear Fuel Supply——Interview with Academician XU Mi，Chief Expert in
the Field of Fast Reactor

编者按：“快堆”是“钠冷快中子反应堆”的简称，是世界上第四代先进核能系统的首选堆型，代表了第四代核能系统的发展方向。快堆的核燃料闭合式循环，可使铀资源利用率提高至60%以上，也可使长寿命核废料产生量得到最大程度地降低，实现放射性废物最小化。国际社会普遍认为，发展和推广快堆，可以从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问题。

徐 銤 中国工程院院士、中国核工业集团公司快堆首席专家，中国原子能科学研究院快堆工程部总工程师(1996-2012)，国家能源工程快堆工程研发（实验）中心学术委员会副主任。徐銤是中国快堆事业的开拓者和奠基人之一。

远见卓识，与快堆结下不解之缘

《中国核电》：徐銤院士，您好！作为我国快堆方面的首席专家，请问您当初是如何参与到研究快堆这一伟大事业中的？

徐銤：1955年，国家在北京西南郊区建设了新的核科研基地，代号为601所，就是后来的中国原子能科学研究院。国家把601所作为一个基础核研究基地，当时毛主席和周总理都非常重视。

1961年7月，我毕业于清华大学工程物理系核反应堆工程专业，来到601所从事零功率实验装置物理试验工作，渴望能为祖国的核事业贡献自己的力量。1964年，为积极响应党中央的号召，作为那个时代的“下放干部”，我被下放到了信阳专区河南罗山县，一年之后才回来。回来的时候，我所在的研究所已经成立了多个专业小组来研究快堆，包括物理、钠工艺、热工水力、材料、燃料等。这个时候我国快堆处于基础研究阶段，而我对快堆领域还一无所知，所以就利用空闲时间跑图书馆查资料。从已经发展快堆的国家发表的一些文章中我发现了快堆的优点，比如快堆可以增殖，即裂变燃料可以越烧越多，对此我非常感兴趣。

1970年6月29日晚11点，这是一个具有重大意义的时刻，我们研究小组研制的快中子零功率实验装置达到临界。当时研究小组有两个运行班，我是其中一个班的班长。临界时，正赶上我所在的班值班，那是我一生难忘的时刻。这是我国第一个快中子零功率装置达到临界。

1971年，由于政治原因，国家将一些关键的、重要的研究工作转移到四川的核工业一院，就是现在的中国核动力研究设计院。当时快堆科研陷入了经费不足、方向不明确的窘境，研究人员一拨接着一拨离开，原本300余人的队伍在短短一年中只剩下100多人。我选择坚持下来，继续坚持研究快堆工作。

1986年，国家高技术研究发展计划（863计划）改变了快堆的命运。当时200多位专家汇聚北京，共同商讨，我也参加了这一次决定快堆命运的关键会议。讨论会上，我作为快堆主要负责人之一，与其他同志一起提出了发展快堆的建议。发言后，与会专家对快堆项目发展前景及战略意义开展了广泛的讨论，最终我们快堆获得了最多的经费，快堆作为能源领域的项目纳入了国家“863计划”。国家给了快堆项目3.9亿的经费，其他的还有高温气冷堆和聚变裂变混合堆等，经费相对少一些，可以看出，国家对快堆的发展是非常重视的。

内外有援，实现快堆跨越式发展

《中国核电》：我国快堆的建设经历了怎样的过程，请您简单解答一下。徐銤：可以说，“863计划”对快堆的发展是一个非常大的转折点，这个项目还得到了时任国家科技委主任宋健的支持，他认为中国实验快堆是个重要项目，所以他召集当时的计委（现在的发改委）、科技委（现在的科技部），还有核工业部（现在的中核集团）一起凑了3亿多经费。之后在中国原子能科学研究院重新组建快堆小组。

1990年，我们开始进行中国实验快堆概念设计，由于经验不够，一开始团队对快堆技术了解得不够透彻，需要不断地摸索，所以花费了大量的时间。这个时候，俄罗斯的专家在北京核工业展览会上了解到我国正在研制快堆，希望与我方合作，而我们也希望有专家指导，双方达成一致。首先的合作内容是俄方审阅我们的概念设计，对我方的概念设计提了几条意见，当然也赞成我们选择的一些运行参数，这些参数比较接近原型快堆的参数。法国也是有建造快堆丰富经验的国家，也赠送给我们6个快堆专业的设计程序，并培养我们的技术人员学会使用。我国实验快堆在俄罗斯机械制造试验设计局、俄罗斯核动力设计院和俄罗斯动力研究院合作下自主设计、建造和运行。我们也从俄方购买了一些关键的安全设备，如泵、蒸汽发生器、控制棒驱动机构、燃料操作机等，即便如此，建造快堆设备的国产化率仍在70%以上。

按照正常的进度，建成实验快堆后，下一步应该依次做原型快堆、示范快堆，最后设计、建造商用大堆。借助于俄方有关实验快堆的经验支持，我们选择中国实验快堆的主要参数尽量接近大堆，把原型快堆跳过去直接做示范快堆。目前该堆正在设计，将于2017年底开始建造。

节能减排，坚持核能利用的可持续发展

《中国核电》：请您介绍一下快堆对我国核电发展有哪些重要意义？

徐銤：快堆对我国有多重要呢？如果没有快堆的话，我国未来核能发展会很受限制。大家普遍认为我国铀资源比较丰富，但是我国未来需要建设大量的压水堆核电站，同时就需要充足的铀资源，而现有的铀资源远远不够。一座100万千瓦的压水堆，运行60年需要1万吨天然铀；如果我国在未来30年需要建设200个百万千瓦级压水堆，就需要200万吨天然铀，这是相当大的量。国际上，天然铀的价格高达130～260美元/千克铀（目前的价格是20～40美元/千克铀），国际产量也就只有500～700多万吨，所以我们要用200万吨铀资源不太可能实现。如果我国的铀资源主要依靠进口，若出现问题，就会导致我们200个百万千瓦级的压水堆核电站停堆，后果不堪设想。所以，不能依靠国外的铀资源来支撑我国未来所有的核电站。

发展快堆则解决了这个问题，压水堆用的是天然铀中仅占0.7%的235U，但在天然铀中占93%的238U在吸收中子后会衰变成裂变材料钚。将压水堆产生的钚装在快堆中运行，功率较大的快堆就能增殖钚，也就是钚越“烧”越多。这一过程真正消耗的是238U，把238U变成了裂变的材料，相当于变废为宝。如果单单是压水堆，利用率仅有0.5%～1%，有了快堆以后，天然铀利用率能够达到60%～70%。

我国目前还面临一个很重要的问题：雾霾。雾霾的产生原因是什么？是二氧化碳，我国人口众多，我国排放的二氧化碳是最多的；每生产1度电，排放的二氧化碳也是最多的。第三次政府间气候变化专门委员会做出了决定：在2050年到2100年间，各国要把二氧化碳的排放降到现在的一半，如果不能做到，可能会被他国收取碳税。在各种清洁能源中，从整个生产链产生的碳当量讲，核能是每度电排放量最少的。所以我们应大力发展压水堆核电站，尽快建起大型的增殖快堆，到2035年，将大型商用快堆投入运行。我们的目标是从2020年开始设计，用15年的时间建造一个120万千瓦的大堆。为什么是120万千瓦？因为法国、俄罗斯、日本都是120万千瓦，便于互相之间交流学习。我国应根据自身优势，扬长避短，发展快堆，提高铀资源的利用效率，对缓解我国的能源危机、加强环境保护有着至关重要的作用。

安全至上，纵深防御消除顾虑

《中国核电》：目前，核电的安全性受到公众广泛的关注，请您谈一谈快堆的安全是如何保障的？

徐銤：从1960年起世界范围内开始建造的快堆全都是钠冷快堆，一共有21座，所有快堆运行过程中，没有发生过一起放射性钠泄漏事故。

快堆中最令人顾虑和担忧的是钠水反应，所有设备中仅蒸汽发生器中有水，管外的钠不是一回路的放射性钠，而是几乎无放射性的二回路钠。换热管万一泄漏就会发生钠水反应。实际上，这是在可控范围内的，反应堆不仅按核安全级的设计和建造，而且安装有多种探测器，如果发生工业事故——钠火或钠水反应，只要保证有放射性的钠不会泄漏出去即可。具体是这样控制的：一回路有一个直径为8 m的大钠池，外面还套有一个相同厚度材料的保护池；内部池里有260 t的钠，一旦泄漏到保护池底部，两个池中间的探测器会立即探测到，并且外部池会兜住这些钠。换句话说，260 t的放射性钠不会对外部环境造成影响。

另外一个问题是，我们要把钠抽出来放到另外一个小房间去净化，将钠净化到杂质在3 ppm以下，这样钠在接触不锈钢时，不锈钢每年仅腐蚀5μm，而池壁的厚度是25 mm，绝对不会腐蚀穿透不锈钢。房间内的装钠管道是双层管，所以有双重保障，不会漏钠。有人担心，钠可能通过管道内的一些设备泄漏出来，这个顾虑也是可以消除的，首先这个房间是密闭的，一旦大量泄漏，马上充入氮气，或者减送风量、增抽风量，钠就逐渐不再燃烧了。其次，在管道底下放一个接钠盘，这个盘子呈伞状，如果钠落到伞上就从管子流到接钠盘中，所漏出的93%到97%的钠，都会保存在盘子里；再加上管道里的氧很少，因此不易燃烧。就算发生钠火，通过探测器可以探测到，马上处理就没有问题。至于二回路的钠，几乎没有放射性，出了问题也纯粹属于工艺事故。

现在还有一个大家比较担心的问题，就是雾火。它喷出来后会很快燃烧。如果空气比较潮湿，120 ℃、110 ℃就可能燃烧。原来没有一个快堆遇到过这种情况。但是比利时在做太阳能设备试验的时候，由于压力过高而发生了雾火。我们的处理方法是，假如发生雾火，房间一旦压力大了，房门会自动打开，将气体释放到另外一个房间而减压。另外，管道的设计严格遵循设计准则，使用双层管，并放一些探测丝以便及时探测，多重保障万无一失。这一层一层的探测保护措施称之为“纵深防御”。

中国实验快堆堆芯熔化的概率是10－6/堆年。即使熔化，也不会发生蒸汽爆炸，因为钠的导热能力非常强，是水的130倍。一旦堆芯熔化，向下流动接触钠时温度大约是450 ℃，还需上升433 ℃以上才能够变成蒸汽，由于钠冷却非常快，导出大量热量，温度无法达到临界点，因此不会产生蒸汽爆炸。堆芯熔化后流到一个伞形的大盘子里，为防止二次临界，伞形将熔融的堆芯自动铺开，钠的自然对流把热量带走，放射性物质就在池子里，不会泄漏，即最强的放射性物质会限制在堆容器（钠池）以内。可以看出，纵深防御的理念始终贯穿整个设计周期。

任重道远，顾全大局发展核电

《中国核电》：目前，我国在发展核电过程中遇到一些阻碍，请您谈谈我们应该如何看待核电的发展？

徐銤：国际上，现在美国不愿意建设大的快堆，也不鼓励国外建大的快堆，因为快堆产生的239Pu是核武器的原料。美国主张建造一些小模块式的快堆，但是俄罗斯、法国、日本、韩国、印度不这样认为。中国、俄罗斯、法国、日本、印度、韩国现在都不会放弃快堆，尤其像中国这样需要能源大量的国家，要想不受制于人，就必须把快堆建成。我们有信心，也有能力！

我国对建设核电站是有严格的安全要求的：第一，要保证随时可以停堆；第二，发生事故时余热一定要能导出去；第三，不能污染环境。现在在建的以及未来要建的核电站都必须达到这三个要求。目前，由于公众关于核电知识的普及不够，导致我国内陆厂址无法开始。我认为，核电站在设计时就要保证不会污染环境。如果将含放射性的废水变成胶体或者固体，就不易污染环境。其次，核电站还是应该规模化建设起来，因为目前没有别的清洁能源可供使用。太阳能、风能在生产装置设备时释放出来的二氧化碳要比核能高。原因是因为这些能源密度小，需要的设备量就大，占地面积也大；而核能密度大，生产同样的电能，核能需要生产链的设备少，放出的二氧化碳就少，占地面积也小。根据国际原子能机构的评估，核能排放的二氧化碳是最低的，风能放出的二氧化碳大约是核电的两倍多，所以发展核电是现阶段环保的首选。

我认为，核电发展不单单是一个技术性问题，也是国家的问题。如果是国家小，能源可以依赖进口，比如意大利；而我国则不同，无法输入电能。输入石油和天然气有一定风险，所以应该把精力放在国家的需要上，把我国真正的能量发挥出来，这是最稳妥的。核能在一个国家不仅仅是能源，还代表一个国家的综合国力。目前，“一带一路”的很多沿线国家都希望能够发展核能，这样就给我国的核电发展提供了一个很好的机遇。我国核电开发与建设已形成自己的特色，自主研发的第三代百万千瓦级核电机组“华龙一号”目前已经走出国门，形成自己的品牌。因此，我国核电发展应该从国家的角度考虑，要充分发挥这种顾全大局的精神。面对争议，我们应该用辩证的眼光看待，求同存异，审时度势，从大局出发，谋求长期效益。

（本刊记者 王丹）