真厲害!中國科技又有新進展

鈉冷快中子增殖反應堆工作原理圖

快堆核燃料包含兩種成分，堆芯燃料為可裂變物質鈈239，外圍再生區為增殖性材料鈾238，鈈239裂變產生的快中子被鈾238吸收，經兩次β-衰變後變為鈈239。這樣，鈈239裂變產生能量的同時，又不斷地將鈾238變成可裂變燃料鈈239。

㈡ 鈉冷快堆的特點

① 提高核燃料的利用率和實現放射性廢物最小化

從自然界礦石中直接提取的天然鈾中, 鈾238佔99.27%, 鈾238很穩定，不能夠與中子作用發生鏈式裂變反應；鈾235可以與熱中子作用發生鏈式裂變反應，然而鈾235在鈾礦中的含量僅佔0.71%。

全球大多數的核電站是壓水堆型，釆用的是熱中子轟擊鈾235產生核裂變鏈式反應輸出熱能，再由熱能轉化成電能。鈉冷快堆核電站則是可以利用鈾238生產核燃料鈈239，由快中子轟擊鈈239產生核裂變鏈式反應輸出熱能，再由熱能轉化成電能。

利用快堆可以將天然鈾資源的利用率由熱中子堆的1%~2%提高到60%~ 70%，實現放射性廢物最小化，能同時解決鈾礦資源枯竭、核材料利用率低和核廢料難以處理等棘手難題。

② 鈉冷快堆能實現鈈239的增殖

鈉冷快堆可以通過將鈉冷快堆增殖的核燃料不斷提取出來實現鈈239的增殖。經過後處理，鈉冷快堆電站每過一段時間所得到的鈈239可以再裝備一座規模相同的快堆電站。這樣，經過一段倍增時間，一座鈉冷快堆會變成兩座快堆，再經過一段倍增時間，這兩座鈉冷快堆就變成四座。

1000 兆干瓦以上的大型商用鈉冷快堆，當採用鈾鈈氧化物燃料運行時，其增殖比可達1.3，如果換用鈾鈈金屬燃料，增殖比將會達到1.582，增殖能力將更強，倍增時間短至6.2年。

由鈾238生產鈈239示意圖

③ 鈉冷快堆的固有安全性

金屬鈉的熔點低，易於熔解；沸點高，不易沸騰產生鈉氣泡；密度低於水，節省泵功率等；熱導率要比水高百倍以上，從而保證堆芯和燃料不易過熱。

在一迴路冷卻系統失電事故發生時，冷卻劑鈉的高熱導率將使堆芯事故導致的剩餘發熱快速地導出，避免堆芯的過熱。尤其是在池式鈉冷快堆中的一迴路有大量的金屬鈉，在事故發生的早期，將成為最初的熱阱，接收從堆芯導出的剩餘發熱，十分有助於事故狀態的緩解，這對事故瞬變具有很強的適應能力。

鈉冷快堆的堆芯餘熱在正常情況下通過主熱傳輸系統導出；在主熱傳輸系統失效的情況下，利用非能動餘熱排出系統導出。

鈉冷快堆非能動餘熱排出原理圖

鈉冷快堆因為其良好的經濟競爭性、安全和可靠性，高燃料利用率、廢物產生量小，以及擁有防擴散和外部侵犯的能力，被第四代核能系統國際論壇推薦為第四代核能系統。另外五種四代堆型分別為氣冷快堆、鉛冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和超高溫氣冷堆。

㈢ 中國選擇與俄羅斯合作建造鈉冷快堆核電站

◆引進俄羅斯鈉冷快堆技術

鈉冷快堆是一項較為成熟的技術，其技術成熟性很大程度上得到了工程驗證。全球範圍內運行時間超過了430堆年。

目前，世界上商業運作最良好的快中子增殖堆是俄羅斯設計和建造的BN600 快堆核電站，在成功運行30 年後進行升級改造，又將延長運行至少10 年。BN600 鈉冷快堆電站的平均負荷因子達到了74%，其電價比煤價還要便宜。

俄羅斯BN600鈉冷快堆核電站

中國選擇引進俄羅斯BN600 快堆核電站技術，將大大縮短中國鈉冷快堆核電站的建設周期。

◆購買俄羅斯燃料鈾

當前，我國併網核電機組達到53台，總裝機容量5463.695萬千瓦，僅次於美國的93台9552.3萬千瓦和法國的56台6137萬千瓦，居世界第三位。中國每年有超過萬噸鈾的需求，而中國國內的產能每年僅為千噸。這樣，中國每年有90%左右的缺口需要大量的從國外進口鈾。

鈾礦石

中國最主要的鈾礦供應地是哈薩克斯坦。這個國家的政治局勢一直有美國勢力介入的影子，近年來始終左右搖擺不定，充滿了不確定性。而出口鈾礦的較多的加拿大和澳大利亞是美國的軸心國。中國的鈾資源供應鏈面臨潛在的威脅。

因此，中俄建立無上限的夥伴合作關係，由俄羅斯保障中國鈉冷快堆核電站核燃料的供給，是非常重要的戰略合作。

提煉鈾

㈣ 核武器成為提升國家影響力和平衡勢力的工具

1945年8月6日，美國在日本廣島投下原子彈「小男孩」，造成約20萬人傷亡。四天後，第二顆原子彈「胖子」在長崎投下，造成約10萬人傷亡。隨後，日本宣布投降，二次世界大戰正式結束，而日本也成為全世界唯一遭原子彈轟炸的國家。

二戰後，五個擁核的國家美俄中英法成為聯合國常任理事國。其他一些國家以印巴朝也試圖通過擁有核武器來提升自己的地位或打擊對手。

瑞典斯德哥爾摩國際和平研究所報告顯示: 截止2022年6月，全球核彈頭數量為12705枚。其中，俄羅斯5977枚，美國5428枚，中國350枚，法290枚，英國225枚，巴基斯坦165枚，印度160枚，以色列90枚，朝鮮20枚。

核導彈

2018年以來，美國堅持將中國列為主要威脅和最大競爭對手，中美關係持續斷崖式下跌。很明顯，中國有必要調整自己的核武戰略來達到核威懾力量的平衡。

核武器使用的鈈239在自然界並不存在，可以從核電站的運行中提取，核電站使用過的燃料可以賣給核武器使用，這樣既降低了發電成本，又降低了核武器的製造成本。這就是為什麼美俄既是核武大國，又是核電大國的原因。同時，這也解釋了美印媒體為什麼如此關注中俄合作建設的霞浦CFR-600核電站。

㈤ 中國鈉冷快堆的發展技術路線

中國鈉冷快堆採用的發展技術路線是「實驗堆、示範堆、商用堆」三步走的發展戰略。

2000年開始建造20兆千瓦鈉冷實驗快堆，該堆於2011年7月併網發電。

20兆千瓦鈉冷實驗快堆

2017年開始在福建霞浦建造CFR-600示範快堆第一號機組，預計在2023年併網。

霞浦1號CFR-600示範快堆

2020年CFR-600示範快堆第二號機組在福建霞浦開工建設，計劃2026年併網發電。

2030年以後，規劃陸續建設一系列商用鈉冷快堆核電站。

㈥ 鈉冷快堆的應用場景

鈉冷快堆作為第四代核電技術，具有功率密度高、固有安全性好、小型化性能好、全壽期不換料等優勢，可應用於遠離大陸的海島礁等偏遠地區。

此外，鈉冷快堆採用無水冷卻技術，只需少量的水即可運行，可在乾旱地區實現高效發電。藉助一帶一路，可廣泛推廣到中亞等乾旱國家。

鈉冷快堆輸出的高溫核熱可用於發電，也可用於工業熱應用、高溫制氫以及氫吸收二氧化碳制甲醇等。

鈉冷快堆也可與風能、光伏等新能源耦合運行提高微電網穩定性。