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    中國智庫報告丨核動力航天器、耐事故燃料……國際核工業與技術,哪些動態值得關注?

    發布時間:2022-09-13 信息來源:

      https://content-static。cctvnews。cctv。com/snow-book/index。html?toc_style_id=feeds_default&share_to=wechat&item_id=7000332572193312928&track_id=FB7B8BFE-59A9-4E70-8C2C-37B09F74ECF7_684653993833

      核工業作為高科技戰略產業和國家安全的重要基石,始終是大國競爭的戰略制高點。小到消毒滅菌、無損檢測、誘變育種,大到醫學診斷治療、核能發電,乃至在軍事、太空等領域都發揮重要作用,核能、核燃料、核技術……與核工業相關的應用已經深入到人類世界的方方面面。

      他山之石,可以攻玉。為及時準確了解和把握國外核工業發展態勢,中核戰略規劃研究總院等部門持續開展相關研究,形成《2021年國外核工業與技術重大發展動向》報告。目前,國外核工業與技術有哪些最新進展?我國又如何形成具有中國特色的核工業發展道路?總臺中國之聲記者王澤華對話中核戰略規劃研究總院首席專家許春陽:《核動力航天器、耐事故燃料……國際核工業與技術,哪些動態值得關注?》

      世界上核電站有幾座,最新技術哪家強?

      應對氣候變化是人類共同的課題,“雙碳”目標已成為世界各國共同的價值追求。核能發電作為安全可靠的清潔能源,被各國普遍視為推動實現“雙碳”目標的重要解決方案之一。放眼世界,目前全球范圍內核能,尤其是核電領域的發展情況如何?

      許春陽:核能發展歷史已經超過半個世紀。目前,全世界的核電站運行著400多座反應堆,最近這個數字達到439座,在全球總發電量中大約占到10%。在運機組數量位居前列的國家,依次是美、法、中、俄、日、韓、印等。全世界正迎來核電的新一輪建設發展,目前全世界正在建造反應堆數量有55座,數量排在前列的國家有中、印、俄等國家。對于大批目前在運的第二代核電反應堆,主要目標是延長它的運行壽命。主要的核電國家都推出了自己的第三代主打堆型,在安全性上有了明顯的提升。例如我國的“華龍一號”“國和一號”,還有美國的AP1000、法國的EPR、俄羅斯的VVER-1200等。

      

      “華龍一號”巴基斯坦卡拉奇核電工程3號機組

      許春陽介紹,在核電領域新技術方面,針對目前在運在建的第二代、第三代核電反應堆的安全性、經濟效率等方面問題,各國正積極研發耐事故燃料。使用新型的包殼材料和芯塊材料,在事故條件下具有較好的穩定性,顯著降低事故后果、提高核燃料的利用率。同時,國際核工業正大力推廣小型模塊化反應堆,乃至微型反應堆建設。

      許春陽:小堆、微堆,在技術上比較成熟,裝機容量小、安全性更高,一次性投資成本比傳統的大型核電站低得多,制造和運輸靈活,不像化石燃料能源那樣需要不斷運送燃料,更適合在偏遠地區、海島等特殊場景使用。俄羅斯近年來建成了世界上第一個海上浮動核電站,海上浮動核電站實際上就是由造船廠把核電站的反應堆建造在一艘駁船上,再把駁船拖曳到目的地,給當地發電。許多國家還在發展第四代核電技術,目前的重點方向有鈉冷快堆、超高溫氣冷堆等,通過提高核燃料利用效率、減輕放射性廢物處置壓力等方法,提高核能的可持續性。各國還在發展聚變反應堆技術,有望在資源利用上更接近取之不盡、用之不竭,但是聚變堆技術挑戰更大,研發的周期更長。

      核動力航天器、重離子治療,核技術應用范疇有多廣?

      其實,核技術在提高人民生活水平、促進社會經濟發展過程中也發揮了不可替代的重要作用。許春陽說,核技術與國民經濟制造業領域43個細分行業中的近三分之一的行業有關,廣泛應用在工業、醫學、農業、環保、公共安全等領域。

      許春陽:其中,工業方面的應用占比最高,達到了55%;醫療衛生占比約18%;農業占比約為17%;公共安全方面占比5%左右。舉例來說,近年來新興起一種治療技術叫重離子治療,重離子到達腫瘤病灶前,能量釋放不多,到達病灶后釋放大量能量。這種治療方式,對周圍健康組織損傷控制到極小,對腫瘤殺傷力大,對于一些癌癥,具有療程短、無痛苦、副作用小、治愈率高等優勢。再比如,穩定同位素溯源,這是近些年發展較快一種食品安全和鑒定技術。主要原理是利用動植物體內的天然穩定同位素差異,判定農產品產地及真實性。

      

      核能在太空探測領域應用優勢明顯

      此外,相比太陽能、化學能,核能在太空探測領域也有很大優勢。許春陽表示,過去半個多世紀以來,美國就探索利用放射性同位素電源為航天器提供電力。

      許春陽:放射性同位素電源原理是將一種同位素钚-238的衰變能轉換為幾百瓦的電力,供給航天器。近年來大家熟知的美國火星車“毅力號”“好奇號”,還有飛掠冥王星的“新地平線號”探測器都使用了放射性同位素電源。美國正在研發另外一種月球表面的反應堆電源,將給月球基地提供能源。它利用反應堆核裂變產生的能量,而不是放射性同位素衰變產生的能量來發電,適合用來滿足更大功率的用電需求。

      那么,核動力汽車、飛機,具備來到我們身邊的可能性嗎?

      許春陽:對汽車、飛機這類裝置來說,主要考慮安全和經濟成本兩個關切。汽車、飛機核動力在事故和放射性污染隱患方面,以目前的技術水平,難以在合理的水平上消除。還有一個問題是,核動力作為一種能源,在汽車、飛機這樣小的尺度上應用,它的經濟成本往往是遠不如傳統能源的。所以在技術水平克服這些安全、經濟上的挑戰以前,核動力汽車和飛機距離我們的日常生活仍然會比較遙遠。

      除此之外,聽說核輻照還可用于消毒滅菌,是這樣嗎?

      許春陽:目前食品的滅菌與保鮮、適合于輻照的醫療產品的滅菌很多是通過輻照方法完成的,它有高效、環保、可靠的特點。輻照殺菌消毒一般是利用鈷-60或銫-170放射源產生的伽馬射線,把真菌、細菌、病毒消滅掉,它的優勢是不產生污染和廢物,沒有化學殘留,過程簡單、速度快,不需要破壞產品包裝,不會產生二次污染等等。利用輻照滅菌,醫用防護服生產出來后的滅菌時間從兩周縮短到一天,顯著提高了生產效率。輻射消毒滅菌中,因為利用伽馬射線而且能量不算高,不會使消毒滅菌對象發生明顯的活化,不會有放射性殘留。

      國外先進核工業與技術,對我國有何啟示?

      比起美國、俄羅斯這些上世紀中葉就開始大規模發展核工業的國家,我國的核工業起步稍晚,但發展速度快。許春陽表示,特別是本世紀初以來,我國核工業技術發展勢頭強勁、創新步伐活躍,有些方面甚至超過了一些老牌核工業國家。

      許春陽:從核電角度來說,我國國內核電建設步伐較快,比較短的時間內就成長為一個核電大國,現在還有了具有完全自主知識產權的“華龍一號”三代核電技術。反而是西方國家,因為前期很長一段時間,新建核電項目非常少,造成有經驗的人員退休、技術能力流失等問題,目前一些新建核電機組出現工期大幅拖延的情況比較多。

      

      全球首座陸上商用模塊式多用途小堆示范工程開工建設

      在國外先進核技術當中,哪些方面契合我國目前的發展現狀,可以學習借鑒?

      許春陽:國際目前正在研發耐事故燃料,我國相關研發也正在開展,有些進入了堆內考驗的階段。我國還建起一批大型的研發設施,比如中國先進研究堆、中國實驗快堆等;自主三代核電“華龍一號”海內外示范工程全面建成;全球首座陸上商用模塊式多用途小堆示范工程“玲龍一號”開工建設;高溫氣冷堆示范工程實現臨界,快堆示范工程加快推進等。

      

      新一代“人造太陽”裝置——中國環流器二號M裝置

      此外,在太空探測領域,我國開展了嫦娥五號月壤中子活化分析;在核聚變方面,新一代“人造太陽”中國環流器二號M裝置建成;在基礎物理領域,我國建成了世界上束流強度最高的深地實驗設施——錦屏深地核天體物理加速器。許春陽說,老牌核工業國家在這一領域有幾十年的探索歷史,有很多成功的經驗,也有不少失敗的教訓。我國應充分反思、研究,自力更生、以我為主,針對具體需要形成自己的發展路線。

      許春陽:比如針對目前能源形勢和雙碳的緊迫需求,如何進一步提高核能發電的經濟性,如何提高資源利用的可持續性,在這些方面應該系統性地提出自己的解決辦法。這些前沿性的科學技術探索,尤其是興建大型的尖端設施,是一代又一代的中國科學家的青春和汗水換來的,也是我們國家的驕傲??茖W的發展往往不是一個國家獨自完成的,全世界科學家和工程師廣泛合作,以前赴后繼的方式,后來者站在前人的成就基礎上繼續開拓,不斷推進核能與核技術的發展和利用,為全人類造福。

      

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