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中核集团微堆低浓化改造助力全球核安保 - 海南省企业联合会、海南省企业家协会官网
 
  中国·海南 http://www.mpvatix.cn 时间：2014-6-5 15:35:28 来源：海南核电有限公司网  
  中核集团微堆低浓化改造助力全球核安保  
 
 
    今年3月4日，中国原子能科学研究院在微型反应堆临界装置上开展低浓铀净堆首次临界实验，并安全达到临界，这标志着微堆燃料富集度从原先的90%降至12.5%是成功的，微堆低浓化工作由此进入全面实施阶段。


　　在随后于荷兰海牙举行的第三届核安全峰会上，中国亮出了自己的成绩单，其中提到：高浓铀低浓化改造是核安全峰会确定的加强国际核安保的重要措施之一，中国承诺愿意帮助有需要的国家开展高浓铀研究堆改造工作�！翱梢运�，现在中国掌握了技术，能够为其它国家设计建造的高浓铀微堆更换低浓铀燃料�！敝泻思哦鲁ぁ⒌匙槭榧撬锴谠诤Ｑ澜邮懿煞檬北硎�，中国在微型核反应堆高浓燃料的低浓化改造方面取得积极进展，对全球核安全进程贡献突出。


　　作为我国和平利用原子能的窗口，原子能院人从微堆研制、开发到商业推广应用，经历过从艰苦创业到创造辉煌的历程。近年来，随着国际形势发生变化，微堆低浓化改造已成为象征人类在追求核安全的道路上不断向前探索的一个风向标。而原子能院作为我国微堆研制、开发的领军者，注定将要再次迎接新的挑战。


　　从自主研发到自主改造


　　原子能院微型反应堆的研究建造可以追溯到上世纪70年代末、80年代初，当时我国自行研制微堆的工作正全面展开。在科技工作者的不懈努力下，经过多种物理设计方案的理论计算和零功率实验验证，克服了一个又一个困难，1984年3月，原子能院自主开发、研究、设计、建造的北京原型微堆顺利建成并投入满功率运行。


　　1985年，原子能院开始进行商用微堆的定型设计，在原型微堆基础上发展起来的商用微堆主要供大学、科研单位等进行教学、活化分析、培训等。


　　原有微堆的燃料元件使用的是高浓铀。近年来，由于受到国际大环境、燃料低浓化和应用多样化等研究堆发展趋势的影响，我国设计建造的高浓铀微型反应堆受到国际原子能机构（IAEA）的高度重视，IAEA多次提出，希望微堆燃料实施低浓铀转化。


　　1995年，原子能院微堆室开展了“微堆堆芯物理方案改善的探讨”课题研究，对当前设计的微堆堆芯的物理特性进行了分析、评估，探讨了优化堆芯的途径，对微堆燃料低浓化进行了初步的分析和计算。在此基础上，在不改变微堆堆芯和燃料元件基本几何尺寸的前提下，最终设计出适宜于商用微堆堆芯尺寸的优化低浓二氧化铀陶瓷燃料方案，并对这种优化堆芯的物理特性做了比较仔细的理论分析。


　　从2006年开始，原子能院微堆室多次参加了IAEA组织的微型反应堆低浓化会议，对微堆低浓化可行性进行了计算和分析。2008年，鉴于原子能院在微堆研发方面的成熟技术，IAEA建议首先在原子能院微堆上进行高浓铀的低浓化转换实验。


　　2010年9月，在IAEA的协调下，原子能院与美国阿贡实验室签订了微型反应堆低浓化实验合同，合同于2012年4月生效。


　　从全力攻关到“赶鸭子上架”


　　微堆低浓化合同生效后，原子能院微堆室立即进入攻关备战阶段，相继组织开展了微堆低浓铀堆芯的物理设计、结构设计等相关工作。微堆低浓化转化即以低浓铀燃料替代原有的高浓铀燃料，转化后还需利用原有筒体装料运行，要求堆芯尺寸不能改变。另外，为保证微堆的固有安全性，低浓铀微堆后备反应性须限制在3.5~4mk内，这些条件对物理设计提出了很高的要求。


　　通过多次计算模型的验证，微堆室完成了优化的低浓铀堆芯物理设计，由于低浓铀堆芯的燃料芯体和包壳材料与之前不同，其热工、物理性能等均有较大不同，需重新进行物理、热工和结构设计，且只能在原有小尺寸的堆芯空间内做出合理调整，从而增加了设计难度。通过反复的理论计算和力学分析，微堆室完成了既满足物理设计要求，又满足结构设计要求的低浓铀堆芯设计。


　　从设计成功到付诸现实还有很漫长的一段路要走，尤其是对低浓铀燃料的加工制造。低浓铀燃料是核心部件，它的加工是否顺利是微堆低浓化的关键环节。在确定好加工制造单位之后，微堆室全体员工上下一心，开足马力进入备战阶段。然而这时，新的问题又出现了，由于种种复杂的原因，在很短的时间内，堆芯元件加工制造的成本一下子上涨了近乎一倍。于是微堆低浓化零功率实验陷入了两难的境地，一方面因缺少资金使得关键部件迟迟不能加工制造，另一方面上级下达的完成临界日期不能改变。


　　临界日期步步逼近，堆芯元件加工制造却遥遥无期。回想起那段如坐针毡、备受煎熬的日子，微堆室主任李义国至今依然感慨万千：“对于像我们这样搞科研的知识分子来说，去做商业谈判有点‘赶鸭子上架’的感觉。通过这个项目，让我们实打实地学到了很多针对国际商业谈判的知识�！�


　　经过艰苦的努力和多方的帮助，低浓铀燃料的加工合同终于拿下来了。


　　从心在一起到勇挑大梁


　　“心在一起才叫团队”，一个优秀团队最重要的标志，就是当遇到困难时全体成员心往一处想，形成合力战胜困难。微堆室正是这样一个团队。该室现在共有13人，其中有9个是30岁左右的年轻人，可以说充满朝气、干劲十足。


　　燃料加工制造好以后，开始进入安装调配阶段，大家夜以继日地投入到紧张的工作中去，每一个岗位上都可以看到忙忙碌碌的身影。


　　为了保证项目进度，实验都是连续安排的，大家往往中午吃完盒饭就接着干活。有时为了实验需要，甚至早上吃完饭进入实验室一直干到下午三、四点钟，午饭根本没有时间吃。实验人员周末加班更是家常便饭，高强度的工作让人几乎没有喘息的时间。面对这些，实验人员毫无怨言，实验期间无人请假。


　　值班长是微堆零功率实验的核心人物，对整个实验进行全面把握，在出现状况时需做出正确判断，对整个装置的安全负责。零功率装置运行时，按规定每班次必须有一个值班长，值班长同一天不能值两个班次，而微堆室只有一个值班长，每天只能安排一个班次。每班次的实验要求不能间断，需始终保持高度注意集中，精神紧张，非常耗费精力。


　　物理员的职责是负责实验数据的监测和记录，同时还要完成堆芯的物理操作，在实验中起到至关重要的作用。在微堆零功率实验过程中，需要近距离用手在水中添加燃料元件。每一根燃料元件的直径仅有5mm，每两根的元件间隙也只有5.48mm，这些燃料元件要放置在实验用的“鸟笼架”内，“鸟笼架”是直径240mm、高270mm的狭小空间，元件呈同心圆排列，并且还需要放置在对应的栅位上，完成这项工作需要极大的细心和耐心。另外，这项操作在实验中是反复进行的，需要按照实验数据随时做出调整，有时好不容易安装上了几根燃料元件，因为吻合度不好，又要重新拆下来进行修正，这样的过程持续时间长且频繁，几位实验人员每天都要像绣花一样谨慎细致地实行着操作。


　　在进行实验时，正值3月份，气温还很低，在实验容器内的去离子水的温度只有10摄氏度，手感冰凉，由于完成该操作的物理员的手要一直浸在水里，双手始终是通红的，再加上操作后的频繁洗手，手上裂开了一道道的口子……如此天天反复，一直坚持到实验结束，物理员们始终保持认真的工作态度，没有丝毫懈怠。


　　由于受物理大厅条件的限制，实验堆坑尺寸狭小拥挤，实验布置和结构部件装配较为困难。而为了争取项目时间，前期调试又是在没有放置堆芯和结构部件的情况下进行的，后期装配能利用的空间更加有限。现场操作时，吊车使用不便，结构部件装配时不易对中，实验布置和部件装配人员需趴在筒体上，才能探身用手将其调整好……在困难面前，大家协调一致，共同完成了零功率实验装置的准备工作，为实验开展打好了基础。


　　谈起做实验的那段日子，李义国脸上洋溢着欣慰的笑容。他说：“我很为我们微堆室这个团队感到自豪！大家真是一支能打硬仗的队伍。尤其是几位年轻的科技人员，他们有的是研究生刚毕业，参加工作仅仅两三年，我们就让他们负责设计、研发等重要任务，让他们挑大梁。这些年轻人虚心向前辈请教，下苦功夫学习，每个人都不负众望，出色地完成了自己的任务�！�


　　经过微堆室全体工作人员的艰苦努力，零功率实验终于按计划按要求顺利完成。实验的成功落实了核安全峰会的有关承诺，成为中美双方在核领域合作取得的举世瞩目的重要进展。


　　谈到微堆今后的发展前景，李义国充满自信地表示：“今年3月5日，国际原子能机构理事会已经核准了中国向加纳微型中子源反应堆供应低浓铀的协定，我们正在全力推进项目的进行。微堆高浓铀低浓化改造成功是中国为世界反核恐怖主义、加强国际核安保作出的实实在在的贡献。我们会坚定地沿着这条路走下去！”
 
 
 
 

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