在安徽省合肥市科學(xué)島，一座四層高的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室靜靜的矗立在湖邊。液態(tài)重金屬回路與材料技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺的科研人員正在調(diào)試著實(shí)驗(yàn)設(shè)備，準(zhǔn)備完成“鉛基堆綜合實(shí)驗(yàn)回路”新一輪的實(shí)驗(yàn)。
作為應(yīng)對未來氣候變化和先進(jìn)核能的重要方案和途徑，鉛或鉛合金冷卻的快中子反應(yīng)堆（以下簡稱鉛基反應(yīng)堆）已被第四代核能系統(tǒng)國際論壇組織（以下簡稱GIF）評定為“有望首個(gè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)示范和商業(yè)應(yīng)用的第四代反應(yīng)堆”。而“鉛基堆綜合實(shí)驗(yàn)回路”等一系列重要突破，則標(biāo)志著“麒麟一號”（CLEAR-I）——中國鉛基反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)自主化，對促進(jìn)我國第四代核能鉛基反應(yīng)堆的工程化具有重要意義。
“麒麟”本應(yīng)天上來？
我國鉛基反應(yīng)堆研發(fā)是在國家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“未來先進(jìn)核裂變能—ADS嬗變系統(tǒng)”等項(xiàng)目的持續(xù)支持下進(jìn)行的，中科院核安全所先進(jìn)核能研究團(tuán)隊(duì)（以下簡稱FDS團(tuán)隊(duì)）作為ADS專項(xiàng)牽頭單位之一，承擔(dān)了鉛基反應(yīng)堆“麒麟一號”項(xiàng)目的全面研究工作。
“我們相繼突破了結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑、燃料組件、氧測控等核心技術(shù)，成功研制出液態(tài)重金屬換熱器、驅(qū)動(dòng)泵、換料機(jī)構(gòu)、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)備，建成了世界上最大的液態(tài)金屬綜合試驗(yàn)平臺，以及工程驗(yàn)證堆、物理試驗(yàn)堆、數(shù)字仿真堆三座集成試驗(yàn)裝置，目前正在進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)集成驗(yàn)證�！敝锌圃汉四馨踩夹g(shù)研究所（以下簡稱核安全所）所長吳宜燦研究員在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說。
就在近期，由FDS團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)建造的世界規(guī)模最大、功能最全的“鉛基堆冷卻劑技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)回路”和“鉛基堆冷卻劑氧測控技術(shù)”雙雙取得重大突破并通過成果鑒定，其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰瓦\(yùn)行參數(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，突破了氧測量與控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，打破了國際壟斷。
二十年磨一劍——國際范兒的“四代核能”寵兒
事實(shí)上，“麒麟一號”鉛基反應(yīng)堆研發(fā)的每一步都充滿了艱辛，其鉛基反應(yīng)堆核心技術(shù)更是經(jīng)歷了二十余年的連續(xù)攻關(guān)。
“拿‘鉛基堆綜合實(shí)驗(yàn)回路’來說，這套實(shí)驗(yàn)的每一部分都是我們自己設(shè)計(jì)、建造的，它是反應(yīng)堆工程實(shí)施的前提和基礎(chǔ)�；芈返暮诵木褪抢鋮s劑，回路就是做冷卻劑流動(dòng)、傳熱、沖刷和腐蝕的關(guān)鍵技術(shù)研究的平臺。能源系統(tǒng)需要循環(huán)，冷卻劑作為熱量轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)妮d體，把熱量從‘堆芯’運(yùn)輸出來，用這個(gè)熱量去發(fā)電和實(shí)現(xiàn)其它應(yīng)用，然后再靠泵或自然回路回流，完成熱能的傳遞。”中科院核安全所研究員趙柱民在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說。
縱觀國際，包括鉛基反應(yīng)堆在內(nèi)，目前第四代核能系統(tǒng)的其他主要堆型還有氣冷快堆、熔鹽反應(yīng)堆、液態(tài)鈉冷卻快堆等六種。相較而言，鉛、鉛鉍或鉛鋰合金等鉛基材料作為反應(yīng)堆冷卻劑，在反應(yīng)堆的物理特性和安全運(yùn)行中具有顯著優(yōu)勢，可以解決現(xiàn)有大規(guī)模應(yīng)用的熱中子反應(yīng)堆存在的資源利用率低、核廢料不斷積累和潛在的核安全問題，而這也是美、歐、俄、日等世界各國相繼展開研發(fā)競爭、角逐第四代核能技術(shù)的原因。
（“第四代核能系統(tǒng)在可持續(xù)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、不擴(kuò)散性方面都有重要提升和突破，目前世界各國正在對包括‘鉛基反應(yīng)堆’在內(nèi)的六種潛在堆型進(jìn)行研究�！盙IF副主席Hark Rho Kim教授在第五屆國際核能與可再生能源大會(huì)上向《中國科學(xué)報(bào)》記者表示。）
“麒麟”出世或可期
“日本福島核事故使得鉛基反應(yīng)堆在第四代核能系統(tǒng)中的重要地位得以進(jìn)一步確立。目前，我們已經(jīng)完成了方案設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，在鉛基反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、鉛鉍回路與氧控技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)、核燃料與材料、安全分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面取得了顯著的進(jìn)展，具備了建造這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的能力。”吳宜燦在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)透露，“除了‘麒麟一號’，我們還計(jì)劃用5年左右的時(shí)間完成一個(gè)迷你小型反應(yīng)堆的建設(shè)，并將它命名為麒麟號‘核電寶’。”
吳宜燦表示，鉛基反應(yīng)堆可作為未來先進(jìn)核能源的主力堆型，在第四代核電、核廢料嬗變的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）、未來聚變電站等發(fā)揮作用，同時(shí)也可應(yīng)用在低溫制氫、海水淡化、民用放射性同位素等工業(yè)生產(chǎn)的多個(gè)領(lǐng)域，為清潔能源發(fā)展起到積極作用。
通過對鉛基反應(yīng)堆的研究，可以形成一整套在時(shí)間上兼顧近、中、遠(yuǎn)期發(fā)展需求，在應(yīng)用上覆蓋聚變技術(shù)和裂變技術(shù)，在功能上包含能量生產(chǎn)、核廢料嬗變、核燃料增殖的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)路線。
“我們目前已經(jīng)處在鉛基反應(yīng)堆工程化道路上，通過‘麒麟號’系列項(xiàng)目的實(shí)施，可為我國核能事業(yè)、國家能源安全和核能可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。”吳宜燦說。
