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用過的核燃料中“超鈾元素”的未來

2015-01-07 13:59:44 中國能源網   作者: 杜銘海(退休的核工程師)  

近期新聞報道說,美國的研究人員在與其他國家合作,進一步研發先進燃料循環運行的反應堆。

首先是與韓國原子能研究所(KAERI)簽署將近7百萬美元的協議,涉及與阿貢國家實驗室(ANL)在核科學技術上的合作,重是點開發15萬千瓦的鈉冷快堆。[1]

這種示范堆最初用低濃鈾金屬燃料,是ANL在上個世紀80年代為其2號實驗增殖堆(EBR-II)開發的技術。后來,第四代鈉冷快堆原型 (PGSFR)想用來試驗含超鈾元素(TRU)的先進燃料,基本上是長壽命、發射ɑ粒子的同位素镎、镅、钚,都是在現代輕水堆內燃料燃燒生成的。

該項目的目標是到2020年底取得韓國核監管部門的設計批準,設想2028年PGSFR試運行。

日本的日立公司(Hitachi)也就發展資源可再生沸水堆(RBWR)項目與美國三個大學聯合研究進入新階段,這種堆能反復地利用TRU做燃料。[2]

這種概念利用日立最新沸水堆設計同樣的非核心設備,包括安全系統和汽輪機。然而燃料設計不同,特別是更短、六邊形燃料組件和Y形控制棒,日立公司暗示新的堆芯能裝入它已經商業化的ABWR設計的反應堆壓力容器內。

與此同時,總部在加拿大的坎杜能源公司(Candu Energy)開發了先進燃料循環堆(AFCR),據稱中國現已準備部署。[3]

這些和其他許多"燃燒廢物"的反應堆項目,現在大都基于證實的技術,追求共同的目標:在目前的經濟壓力下,再加上取得許可和建造核反應堆花費的時間,如果想使任何示范項目在今后十年左右投入運轉,確實使人感到,這是前進的"唯一"道路。

考慮參與這種項目的韓國和中國近年來感人的核建設記錄,的確令人鼓舞。

但或許也有象征意義的是,這個領域曾經的領導者美國落后了。最近美國智庫第三條道路(Third Way)的報告建議,政府要在先進核技術方面增加投入。[4]

該報告說"沒有美國領導的核復蘇勁頭十足",雖然發現美國核能研究的總經費在增加(從2004年每年不到4億美元上升到目前的8億美元以上),但為先進核反應堆研究提供的資金很少,降到只有總預算的8%。

與此相反的是,世界各國如中國(以及日本和法國)正在核創新方面投入巨資。例如中國最近加速的功能完整的釷熔鹽堆的時間表只有十年,打算2024年前后投入運行。該報告說,按照美國標準,在"飛快"前進。

該報告呼吁"大量增加"聯邦資金,支持美國先進的示范堆項目。估算至少五年期間每年至少需要1億美元。從2003至2013年,過去十年先進的反應堆研究項目得到的資助平均每年0.25億美元。所以還有某些路要走。

與此同時,盡管最重要的是支持這樣的先進項目,但優先改進目前在建反應堆的研發是正確的。需要降低新堆的建設成本,縮短建設周期,實施各種辦法處理核廢物,還要開發技術,應對即將到來的大規模退役規劃。


原文和注釋:原文:Caroline Peache,The TRU future,NEI,18 November 2014

1.國家核電技術公司,美韓將聯合研發鈉冷卻快中子反應堆,2014-09-04

2.國防科技信息網,日立公司與美國共同研發以超鈾元素為燃料的反應堆,2014-09-02

3.WNN,The AFCR and China's fuel cycle,11 November 2014;NEI,AFCR: Transcending natural uranium fuel cycles, 10 November 2014

4.Ingrid Akerlind and Josh Freed,Nuclear Energy Renaissance Set to Move Ahead Without U.S.,third way ENERGY INNOVATION, AUGUST 2014




責任編輯: 江曉蓓

標簽:核燃料