迟到的中国实验快堆

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在北京市西南郊房山区的中国原子能科学研究院（下称原子能院），数万平方米的灰白色建筑群内安放着中国第一座快中子反应堆——中国实验快堆（CEFR）。与传统的半球形穹顶核反应堆厂房不同，中国实验快堆反应堆厂房近60米高的穹顶由4个半圆组成，看上去就像一顶瓜皮帽。历经多年坎坷之后，中国终于在第四代核电技术上实现突破。7月21日，中国核工业集团公司（下称中核集团）在北京宣布，该集团旗下原子能院研发的中国实验快堆首次成功临界，即达到裂变反应可以维持的条件。继美国、法国、俄罗斯等国家之后，中国成为世界上第八个拥有快堆技术的国家。

　　这是一个迟到的突破，其他发达国家早已掌握该技术。这反映出令人尴尬的事实：核能民用研究在中国长期被忽视，体制不顺、投入不足、人才流失。因此，当中国以惊人速度建设核电站时，却只能将这个巨大市场和能源命脉拱手让予外国公司。

　　业内人士希望，中国实验快堆此次取得的进展，可以给困境中的中国核能研究带来转机，并在未来为中国的核电发展提供自主技术支撑。

　　快堆来了

　　在核电领域，通常把上世纪五六十年代建造的验证性核电站称为第一代；七八十年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发成熟的先进轻水堆。第四代核电技术则是指正在开发中的新一代核电技术，国际上对其提出了经济性更好、安全性更高、核废物最少、防止核扩散能力强等多项要求。

　　目前全世界有400多座核电站，它们主要由热中子引发裂变反应，因而又被称为热堆。能量在1电子伏特以下的中子被称为热中子，以上被称为快中子。

　　在天然铀中，仅有不到1%的铀同位素——铀235，能够在热中子作用下发生裂变反应，而占天然铀绝大部分的铀同位素——铀238却不能。这意味着，铀燃料中99%的能量被浪费了。照此计算，全世界核电总装机容量为3.6亿千瓦，每年需要铀5万多吨，而铀矿探明储量只有459万吨，根本用不了几十年。

　　对缺少铀矿资源的中国来说，形势更为急迫。2020年中国核电总装机将达到7000万千瓦以上，届时每年需要1万余吨铀。

　　“所以，我们认为大规模发展第三代反应堆是不可能的”，中国实验快堆工程部总工程师徐銤告诉本刊记者，“以燃烧铀235为主的热堆电站的发展规模，以及铀资源的使用时间都是有限的，未来还是要依靠快堆”。

　　今年7月，本刊记者在德国博世基金会资助下参加在意大利都灵召开的2010欧洲开放科学论坛时，欧洲原子能机构苏尼尔•费里克斯（Sunil Felix）教授也表示，目前情况下最有希望的就是快堆。

　　快堆的全称是快中子增殖堆，其反应过程中铀235与钚239燃料裂变时产生的快中子，不会被减速。因此，当快中子轰击反应区周围的铀238时，铀238会以一定比例将其吸收，产生新的钚239。于是，新的核燃料不断产生，再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多。每过一段时间，快堆核电站所得到的钚239，还可以装备一座相同规模的快堆，一座快堆会变成两座，两座变成四座。

　　在快堆中，铀的利用率实际上可以达到60%-70%，远远超过传统的反应堆。而且，贫铀、乏燃料、低品位的铀矿，乃至海水里的铀，都可以成为快堆的燃料来源。

　　目前，国际上推荐的第四代核电站六种反应堆堆型中，有三种是快堆。而已经建成、正在建造或计划建造的快堆，都用液态金属钠做冷却剂，属于钠冷快堆。中国实验快堆也不例外。

　　中核集团原科技委秘书长张国滨对本刊记者说，中国实验快堆达到临界，意味着输入的中子量与铀、钚裂变产生的中子量大致相当，达到裂变反应可以维持的条件，但不释放额外的能量。

　　目前，各国正在继续推进或逐渐恢复快堆的研究和商用开发，实现商用的时间预计在2030年到2035年之间。

　　坎坷身世

　　中国快堆的基础研究起步时间并不算很晚。1965年，在获知美国已经建立多个实验快堆后，原子能院罗安仁研究员首先提出中国也应该做这方面研究。四年后，由周恩来特批50公斤高浓铀，原子能院建成“东风-6号”零功率实验装置。

　　当时30来岁的徐銤，将快堆研究作为了自己的主攻方向。1971年，原子能院搬到位于四川省夹江县的核动力研究院。“去了120人左右，那里交通不便，钱也少，科研就做得不多。”徐銤说。

　　1986年，中国启动“863”高技术发展计划，给陷于停滞的快堆研究带来转机，徐銤和同事们也回到了北京。徐銤介绍说，核能领域当时提出论证的有三个项目，包括快堆、高温堆和聚变裂变混合堆，其中快堆的预研经费最多，有6500万元，但和实际需要差得很远。

　　从1990年开始，原子能院正式进行快堆工程设计。两年后的1992年3月14日，国务院批准“863”计划支持建设一座热功率为6.5万千瓦的中国实验快堆。

　　据徐銤介绍，由国家科委负责管理的“863”计划为中国实验快堆另行拨出3.9亿元，但科学家们仍需自筹2.9亿元，“设计工作差不多做了十年，十年里还有三年在筹钱，要到处找领导。”

　　1995年12月，国家计委、国家科委联合批准中国实验快堆工程立项。等到研究人员真正动手开始建设的时候，发现经费又不够了。一方面，时间拖了几年，设备采购费用已经翻番；另一方面，当时日本的快堆发生事故，法国也在绿党反对下关闭“超凤凰”快堆，《光明日报》甚至发表一篇声称快堆寿终正寝的报道，这些都让中国的决策层对快堆建设产生疑虑。

　　后来，在时任国务院副总理邹家华、国家科委主任宋健等人协调下，中国实验快堆的经费才翻了两番，达到25亿元。钱的问题终于解决了。

　　为了缩短研究周期和节省研制费用，中国实验快堆选择与俄罗斯进行全面技术合作。自1992年以来，双方共签订30多项合同，俄方人员来华1000多人次，中方人员赴俄700多人次。俄罗斯还有六位快堆专家先后获得中国国务院颁发的友谊奖。

　　2000年5月30日，第一罐混凝土浇灌，中国首座实验快堆的建设序幕拉开。2008年12月，安装完成，转入综合调试。

　　徐銤说，一些与安全有关的设备是进口的，因为中国在这方面没有花多少钱研究。他同时表示，“从安装、调试到运行，都是我们自己做的。虽然技术设计与俄罗斯合作，但相当于一个留学生自己学会了，回来就可以自己做，也不需要他们授权给我们。我们在时间上晚一点，技术上尽量往前赶，并且有自己的特色。中国实验快堆的安全性相对比较高，是世界上最好的，其他国家犯过的错误我们都可以考虑到。”

　　徐銤透露，6.5万千瓦热功率的中国实验快堆可输出2万千瓦的电力，“争取明年上半年上网，不会对电网造成冲击”。

　　虽然在快堆研发上落后于发达国家，但中国希望尽快推进其商业应用。今年4月底，中核集团福建三明核电有限公司在福州挂牌成立，中核集团控股，福建投资开发总公司和三明市政府参与出资。该公司的任务是建设以商业应用为目标的示范快堆。徐銤说：“这是确定下来的计划，向国家能源局汇报过，已经在实施了，投资比（传统的）压水堆贵一点，大概贵15%左右，估计在2020年前完成。”

　　尴尬局面

　　在旅荷学者李剑芒看来，中国实验快堆至今才达到临界，实在是出乎他的意料。

　　曾经在原子能院工作过的他告诉本刊记者，“863”计划支持快堆研发时，快堆实验室就在他的实验室旁边，“仿造一个世界上早已存在的技术，我们花了24年才达到临界，这是一个可怜得很、说起来脸红的记录”。

　　李剑芒的言辞或许有些偏激，但也在一个侧面揭示了中国核能研究的尴尬。

　　中国在“两弹一艇”（原子弹、氢弹、核潜艇）取得成功后，核技术军事上的地位得以维持，但民用核技术开发却未能受到重视。

　　目前，每年的核电发电量占全世界总发电量的17％，但中国大陆这个比例只有1.6%。原子能院科技委副主任顾忠茂对本刊记者说，中国一度忽视了核战略，“进入上世纪80年代，核工业体系相对萎缩，各高等学校纷纷撤销核工程专业，整个核工业系统科研、生产的人才队伍出现严重断层”。

　　李剑芒回过原子能院几次，发现很多有才干的同事都离开了。因此，他对原子能院能否将自主开发的技术用于商业，并不看好。

　　顾忠茂也承认，中国实验快堆的进程确实比较慢，上世纪八九十年代国家对核能研究重视不够，所以拖了这么长时间。他还说，之前核能研究没有得到重视，人才流失，一旦得到重视，首先获益的却是核电站，原子能院的人到核电站后待遇高出几倍，每年可以拿到好几十万元。而这些人才到了核电站以后，主要是参与运行，不再搞研究。

　　原子能院前身是1950年建立的中国科学院近代物理研究所，被称为中国核工业的“老母鸡”，吴有训、钱三强等著名科学家曾担任院长。1988 年，中国在原核工业部基础上组建中国核工业总公司。1999年，中国核工业总公司被拆分为中核集团和中国广东核电集团公司，原子能院成为中核集团旗下的事业单位。

　　一位不愿透露姓名的原子能院人士说，中核集团是企业，要求利润最大化，对原子能院不给钱，而国家给的事业费每人每年就是两万，处境艰难，现在稍微好一点，靠搞工程打一些“擦边球”。

　　张国滨也告诉本刊记者，原子能院归入中核集团之后，企业对基础研究的投资积极性相对比较低。

　　前述人士表示，中国工程物理研究院是研究核武器的，在国家计划中单列户头；中国科学院系统待遇提高也很快；而原子能院是个没人管的单位，在现有体制下待遇问题得不到很好解决。原子能院曾希望转到国防科工委旗下，但随着国防科工委改为国防科工局，此事不了了之。

　　“单位不采取一些措施，人员留不住。有些专家的退休工资每月只有1000多，他们为‘两弹一艇’做出了非常大的贡献，都是功臣，国家也没说来管一下。后来他们到单位闹，也就加了几百块钱。”该人士透露。

　　他还说，韩国搞核研究的待遇比其他行业高好几倍，所以韩国的人才队伍比较稳定，“韩国已经拿下阿联酋两座核电站的订单，约旦研究堆的订单也被韩国抢走了，本来我们是比较有把握的。”

　　一位从事核研究的老专家说：“核研究体制已经乱到不能再乱的程度，任何一个国家都不会抓得那么乱。”在他看来，虽然现在印度整个核工业基础比较差，但印度巴巴原子研究中心的研究人员就有3000多名，而且大部分是国外培养回来的，其发展后劲在某种程度上不会输于中国。

　　即便是众所瞩目的中国实验快堆工程，25亿元经费里面中核集团也只出了几千万元。有传闻说，中国广东核电集团曾希望将原子能院的快堆研究团队买过去，但没有得到中核集团的同意。

　　如今，快堆项目已经成为未来可能会下金蛋的母鸡，谁也不愿意将它拱手相让。快堆项目也是多位国家领导人视察原子能院时的必看项目。徐銤说，这个平台将对国家有非常大的贡献。

《新世纪》

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