“快堆技术”是什么?它有什么优势?

(文章来源《院士讲科学》,该书由《知识就是力量》杂志社总策划,科学普及出版社出版)

专家:徐銤,快堆技术专家,中国工程院院士,现任中国核工业集团快堆首席专家。

我们都知道,为了缓解能源危机,世界各国都在发展核能,但你知道吗?在核能领域,有一项更前沿的技术,那就是——快堆技术,快堆技术是什么呢?它有什么优势?下面就让中国工程院徐銤院士告诉你吧!


为什么要发展核能?

无论哪一种核反应堆,其存在的价值,都是缓解人类面临的能源危机。从工业革命以来,人类使用的能源,大多是煤炭、石油等化石能源。但这些能源正面临着枯竭的危机,而且使用它们会排放出大量的二氧化碳,加剧地球的温室效应。燃烧化石燃料也会向大气层排放硫氧化物、氮氧化物,最终形成危害人类的酸雨。

相比之下,核能是能量密度更高的能源。1000克铀-235如果完全裂变,产生的热量相当于燃烧2700吨标准煤释放的热量,由于核反应堆产能密度大,每千瓦产电能耗就小,所以从整个生产链讲,它生产每度电所消耗的燃料比起其他清洁能源是最小的,也就是每产一度电放出的CO2或碳当量是最小的。由于能量密度更高,发展核能还有效地省下了为运输燃料消耗的那一部分能源。所以,发展核能是一种着眼于未来的选择。

发展核能是地球未来的选择

“快堆”技术又是什么?

然而,目前主流的核电技术也不是完美的。目前的核反应堆对核燃料的利用率是很低的,这就推高了核能发电的成本,也限制了核能发电在整个能源供应体系中所占的比重,因为地球上的铀矿产量难以满足过多核电站的需求。

另一方面,大量的核废料也成为一种潜在的污染源,而目前人类还没有很好的处置核废料的办法,只能将它们放在专用的废料场里妥善保管,等待它们的放射性下降到不会危害环境的水平,但这需要极为漫长的时间。

正是目前核电技术的这两个“痛点”,使发展快堆成为核能研究的一种趋势。顾名思义,这种反应堆不会对中子进行减速,而是选择新的核燃料来进行可控核裂变反应。

核能与风力、太阳能共同作为新型能源使用

快堆的核燃料是钚的同位素钚-239。钚是一种超铀元素,也就是比铀更重的元素,在自然界中并不存在。但如果以快中子轰击铀-238,那么它就会吸收中子形成铀-239,再衰变成钚-239。正是这种特点,使快堆成了一种能够让核燃料“越烧越多”的核反应堆。

目前看来比较稳健的估计是,到2050年的时候,快堆产生的电能,会在中国的核能发电总量当中占据一定的比重。大部分放射性比较高的核废料,会被商用快堆所消耗,重新成为有价值的核燃料,最终转化为热能和电能。届时,将逐步壮大中国的清洁能源。

1942年,美籍意大利裔核物理学家恩里克·费米在美国芝加哥大学发明核反应堆的时候,他曾经预言:“首先发展增殖堆的国家,将在原子能事业中得到巨大的竞争利益;懂得如何建造增殖堆的国家,将很可能永远解决能源供给问题。”如今看来,这位核物理泰斗对技术进步做出了惊人准确的预言;他寄予厚望的增殖堆,已经因为快堆的完善而成为现实哦。