霞浦的这两座核反应堆为什么能被称作核电技术的旗舰快中子核反应堆核燃料核电技术核电站燃烧霞浦

前阵子在霞浦观鸟,乘桴浮于海,就看见了远处岛上一处热火朝天的工地。定睛一瞧,这不是,核电站吗?

我国能源格局决定了东部缺电,核电是东部能源缺口的重要解决方案。这几年在东部沿海,核电站已经不是什么稀罕物了。但是这两个反应堆,却依然是稀罕物。

很稀罕。

这两个反应堆,型号是CFR-600,600兆瓦钠金属池式冷却快中子反应堆,是目前中国乃至全世界新一代核电技术的旗舰堆型。

然而,中子跟中子不一样,裂变产生的中子,速度比较高。速度高未必是好事,常见的裂变材料铀235就不能跟速度过高的中子反应,因此普通反应堆里必须要有能让中子减速的东西,最常见的就是水。减速之后的中子,称为热中子。目前不管是军用还是民用,最主流的就是热中子反应堆,简称热堆。热堆的最常见燃料就是铀235。

废物。铀238就是核工业里最主要的废物,好在本身很硬,被军工拿去当装甲板或者穿甲弹材料,美国的M1A2坦克的某些版本里炮塔前部就有两块贫铀材料的装甲板。另外说一句,贫铀本身的放射性不强,但是一旦燃烧破碎变成气溶胶,吸入身体还是很危险的。

然而,人们刚开始建反应堆的时候就发现,作为废物的铀238,在堆里会有一些变成别的东西。吸收了一个快中子之后,它会变成铀239,经历两次衰变,它变成了另一种元素-钚239。

钚239,是比铀235更好的裂变材料。钚,原子序数94,是天然存在的最重的元素,在自然界中的含量极低。因此,有些反应堆,特别设计来被生产钚239。

这就是快堆又被称为增殖堆的原因。

用这种方式,自然界中数量很多,价格低廉的铀238,一举从核废料变成了可燃之材。快堆可以压榨出核燃料60%的能量,是热堆的一百倍。并且由于不再需要体积庞大的中子减速材料,快堆的体积可以变得比较紧凑。

有利就有弊,我们接下来说说快堆的弊端。首先,它需要比热堆数量更多、浓度更高的核心核燃料,本身成本就高。另外,这造成反应堆产生的能量更大更集中,如果不能及时把这些能量转移出来,会烧毁反应堆,造成严重事故。

大部分反应堆使用的冷却剂是水。水是自然界中比热容最高的物质,吸热能力超强,让大家选冷却材料,水肯定是自然而然的选择。不过,水要在管道里当冷却材料,必须要维持在液态,常压下水0℃结冰,100℃沸腾,只有这100°的区间可以用来吸热。福岛出事的几个反应堆,就是沸水堆,当丧失外部电力的时候,循环水泵停转,水温持续升高沸腾,反应堆就变成了高压锅,最终蒸汽泄漏导致放射性污染。

何不主动把反应堆变成高压锅呢?给反应堆内部加压,加到一百多个大气压,这时候水的沸点会升高到300℃左右。这就是压水堆,同样多的水可以比沸水堆多吸收三倍的热量。一旦停机,高压的一回路和产生蒸汽的二回路之间不直接接触,增加了安全性。又但是,能做常压谁想做高压啊,各种高压管路、阀门、法兰盘,既增加成本又增加了安全风险。

这还是散热需求相对较低的热堆,快堆就更难了。

富贵险中求,为了解决快堆更大的散热需求,核物理学家们想到了一个让中学化学老师最头皮发麻的材料---钠。你还记得化学课上老师从煤油瓶子里夹出一粒豆那么大的白花花的钠金属,丢在装了水的试管里,然后会怎样?

会炸。钠的化学性质太活泼了,能跟水反应产生氢气和大量的热。这一点天津人民,尤其是塘沽的朋友可能印象更深刻一些。

但是钠是很好的冷却材料,它常压下的熔点是97.72℃,沸点883℃,虽然比热容只有水的1/3,但是可以保持液态的温度范围是水的7倍多。因此在不加压的情况下跟压水堆的冷却能力差不多。额外的优点还有两个,一个是钠金属导电,因此可以用电磁泵来推动,电磁泵不像机械泵一样需要叶轮之类的运动部件,结构简单,容易密封,故障率低;第二个好处是钠的沸点比反应堆工作温度高,因此无需考虑任何加压防止沸腾的问题。

用金属钠做反应堆冷却剂最大的难题就是要保证它的绝对密封,不能跟空气、水发生接触。

我国在1992年立项研发钠金属快堆,2000年在房山的中国原子能科学研究院内动工“中国实验快堆CEFR”,2012年通过验收。在CEFR的基础上,CFR600应运而生,接下来,还有更大的CFR1000正在筹划中。

前两天马克龙访华中法两国达成了一系列重要的共识,其中就包括核电方面的合作。法国是世界上的核电大国,我国的核电起步,也离不开中法合作的推动。赫赫有名的大亚湾核电站就采用了法国的技术引进。

在钠冷快堆方面,法国人也很有经验。迄今为止全球建成的最大的钠冷快堆,就是法国的“超级凤凰反应堆”,位于法瑞边境上,始建于1976年的这个堆,发电功率1242兆瓦。

这位Nissim,属于瑞士绿党,在1985-2001年间一直是日内瓦州大议会的议员。在各种政治博弈之下,运行状况良好的超级凤凰也在1997年被关停,没能够涅槃。下图就是正在拆除的超级凤凰。

核能是一个典型的不进步就倒退的产业。不进步的原因,早在1990年出版的《核能选项》(The Nuclear Energy Option)一书中,核物理学家科恩(Bernard Cohen)就给出了论断:“20世纪80年代,大多数西方国家停止建设核电站的原因并不是害怕出现事故、核泄漏或者放射性废料的扩散,而是因为监管导致成本出现了不可逆的攀升。”

THE END
0.重磅!美国宣布重大突破,“里程碑式的成就”!核聚变将将掀一场能源First Light Fusion的首席财务官David Byron对《每日经济新闻》记者表示,作为能源生产方式,核聚变拥有核裂变的所有优点,同时又能避免后者的很多缺点。 “核聚变不会存在核反应堆融毁的情况,从本质上来说就很安全。简单来说,核裂变反应堆的功能是控制能量释放的速度,避免其失控;核聚变则相反,它需要创造聚变发生的条件jvzquC41yy}/gnuy0eun0ls1|j{bpufp14=78<80jvsm
1.文汇记忆和平状态下的核防范文艺百家17时零8分,“共青团员号”沉入大海。艇上有两个核装置,如今,它们和潜艇躺在巴伦支海1500米水下的海底。挪威沿海深处又增加了两枚威胁居民宁静生活的延时炸弹。一旦艇上核反应堆外壳被海水锈蚀,北欧就可能遭受“水下切尔诺贝利”核泄漏之害。 据世界绿色和平组织统计,1950年代以来,世界上大约发生过1200起严重的jvzquC41yy}/yqg0ep5{j~jcp5x{ko142793;5514886@50jvsm
2.国外主流第三代核反应堆技术发展情况目前有五台AP1000机组投入商业运营,其中两台位于中国浙江三门,两台位于中国山东海阳,一台位于美国佐治亚州沃格特勒(Vogtle)核电站。 AP1000核反应堆是第三代+(GenIII+)核能技术,具有完全的非能动安全系统、模块化结构设计等突出特点,并且是市场上每兆瓦(MWe)占地面积最小的反应堆。在美国Vogtle核电站建造了两台机组jvzq<84yyy4489iqe0ipo8hqpvkov8761361786813=86@>;5a725><:94<50|mvon
3.202408美国建造的第一座高温气冷反应堆是桃树底核电站的1号机组(Peach Bottom-1)。这座示范电站位于萨斯奎哈纳河上,距宾夕法尼亚州费城西南约80英里处,负责验证高温气冷堆设计准则。在等效满功率天数(EFPD)达到1349天的情况下,该反应堆产生的电力超过120万千瓦时,由费城电力公司供电。 jvzquC41zwkrk~3eqo578?<4:7;6788235632<=
4.“把中国踢出局”,英国460亿英镑核电站可能烂尾|法国电力|核电站|早在2007年,时任法国电力公司首席执行官的文森特•德里瓦兹就曾表示,10年后,也就是2017年,英国居民就能用上欣克利角核电站发送的电来为圣诞节烹饪火鸡。 现在已经2024年了,这座号称有史以来最安全、功率最大的反应堆之一,如今却因为缺陷、延误和成本超支而闻名。 jvzq<84m0uooc7hqo0io1jwvkerfa:=:95:55=6a92=f;?i724613p83l0nuou
5.福岛一场核灾难的故事尽管早期的新闻稿对美国反应堆的安全性做出了一般性保证--"核电站的建造是为了抵御环境危害,包括地震和海啸"--但NRC对日本核电站的了解还不够多,无法肯定地说美国的安全状况会更好。例如,NRC当时并不知道日本是否在Mark I沸水反应堆上安装了硬化的通风口,而早在1989年,在NRC的敦促下,大多数美国核电站都安装了。jvzquC41yy}/5?5fqe4dp8ftvkimg8<::5>72Bd32465:;:570nuou
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