近幾年不時從網上看到:國內又有人在搞什么新型反應堆了,而且只要三五年就可以建成!還吹什么這是“第五代”,使我這個搞了一輩子核反應堆的老頭子忍不住要來說幾句!
可能年輕人不知道,讓我先翻翻“老黃歷”吧:
我國最早建成的重水反應堆,是蘇聯把他們完全成熟的技術搬了過來,從1956年動土到1958年國慶前建成,歷時三年!
492游泳池式反應堆,完全根據蘇聯提供的資料和燃料等,從1959年開始設計到1964年建成,歷時五年。此后清華核能院的200號和九院的300號,是492游泳池堆的翻版,大致也用了那么長的時間!
493高通量反應堆是我國完全自行設計建造的反應堆,從1965年“騎驢找馬”開始,到1980年建成,花時16年!
潛艇核動力堆從1958年開始設計,到1970年陸上模式堆達到臨界,花時12年!要知道那是全國“開綠燈”的極其優惠的條件,現在大概再也不可能那樣了!
我國第一座秦山核電堆728,從1972年開始設計,到1993年建成發電,歷時21年!
比較簡單但完全自行設計建造的微型反應堆,從立項到建成也花了五年左右。當然后來完全掌握了技術,在國內外建的許多座堆都只需兩年左右就可以了。
援助阿爾及利亞的八七一工程,1985年就開始前期工作。1987年正式起動,1992年7月18日完成滿功率120小時試驗。盡管有101重水堆的成熟經驗,也花費了五年多時間。
中國實驗快堆從1987年真正啟動,到2012年才達到臨界,花時24年!要知道那還是與俄羅斯合作,取得了他們許多經驗和主要設備的結果!
完全自行設計建造的中國先進研究堆CARR,1993開始設計前期工作,1998年正式開始設計,到2012年3月1日滿功率運行,不算前期工作,花時14年!
從上述歷史可以得出一個結論:只有已經成熟的反應堆翻版建造,才有可能三五年內建成。如果有所改進和創新,哪怕還有其他參考資料和關鍵設施提供,起碼也要十年以上,甚至二十多年!以至它們也往往要一而再、再而三地“調概”。
為什么會這樣?我認為核反應堆的燃料、材料、冷卻劑、慢化劑等多種多樣,排列組合可以變出許多花樣,即各種堆型,但萬變不離其宗,它們都必須經受下列“磨煉”:
(1)反應堆物理
反應堆內的中子性狀是一個非常復雜的物理現象。中子的能量不同,與堆內各種物質起作用(裂變、散射、吸收)的概率即“截面”也不同。物理設計必須算準臨界質量、剩余反應性、中子注量率的大小和分布、各處的控制棒效率等一系列參數,還不能有正反饋的溫度系數。即使有現代高超的計算技術,通常這些結果都還不能全信,還必須建造零功率反應堆進行測試。一座新的零功率反應堆又會帶來許多新的測試技術等問題,需要花力氣、花時間去解決。
(2)反應堆熱工流體力學
如果冷卻劑采用的是已經十分成熟的普通水,那么它的反應堆熱工流體力學計算絕大部分可以采用成熟的經驗公式。但如果采用一種新的冷卻劑,譬如鉛鉍合金,問題就來了:首先要保證它的制造質量,合金成分要正確,雜質含量要能夠達到標準,要能夠測量準確,要有凈化的手段,要有能夠測量它的溫度、流量、壓力的手段,要能夠測準,因而所用儀表需要標定。要知道它的熱物理性質,如熱導率、比熱、熱擴散系數等。然后要建造專門的臺架,往往不是一座兩座,而要許多座,在它們上面進行熱工流體力學試驗,獲得這種新冷卻劑的傳熱系數、摩擦阻力系數、形阻系數、在反應堆內的流量分配、在燃料組件內的流速分布等數據。這些試驗可不是一天兩天就能得到結果,往往要一大批專門人才工作三五年才行!
(3)反應堆控制
無論是“補償”、“安全”還是“調節”,必須保證反應堆始終處于“緩發臨界”的可控狀態。因此控制棒的結構、在堆內的分布、運動次序、都是需要專門研究、設計甚至作必要試驗才能確定下來。特別是要確保在包括地震等任何極端情況下它們都能發揮作用,還必需在專門的抗震臺架上反復進行考驗!
(4)反應堆材料
反應堆內有各各種各樣的材料,包殼、結構材料、控制材料等等,它們往往是一些特殊材料,需要單獨專門制造。首先要保證制造質量,成分、雜質都要符合規定的要求,為此要有相應的能保證準確度的檢測手段。它們必須能夠抗冷卻劑的腐蝕,為此要做靜態腐蝕、動態腐蝕以至在中子輻照下的動態腐蝕,這些都需要建造相應的臺架,要進行長期的試驗、考驗。它們的機械性能等也必須符合要求,特別是必須具備抗輻照性能的特殊要求。這些輻照考驗都要達到它們未來經受的中子注量,為此必須要在具有較高中子注量率的反應堆內建造專門的小回路上進行。這只有在具備高中子注量率研究反應堆的專門機構中才能進行!
(5)反應堆燃料
毫無疑問,反應堆內最重要的是燃料!它是新型反應堆的核心。但不管是燃料元件還是燃料組件,都必須經過加工制造、堆外考驗、堆內考驗、輻照后檢驗等一系列研發工作,達到要求后才敢使用!這是要有一大批富有經驗的專門人才長期工作才能取得結果,沒有十年八年是拿不到可靠結果的!
(6)反應堆屏蔽
裂變反應堆必然會產生中子和伽瑪線,對它們的屏蔽始終是最頭疼的問題。至今為止,唯一的辦法就是“擋”,用強吸收中子和伽瑪線的物質把人與反應堆隔開!現在有人提出“第五代”反應堆的一個特點是具有“物理臨近性”,不知有何“高招”能夠做到這一點!
俄羅斯專家曾親口告訴我:冷戰期間,俄羅斯曾經建造了十幾艘采用鉛鉍合金冷卻劑的核潛艇,但因為鉍的感生放射性太強,導致許多艇員死亡,不久就不得不將多艘停役!
(7)專用設施
冷卻劑一變,所有與它有關的設施都必須相應改變。例如泵、熱交換器、閥門、測量儀表、等等。它們必須研制、進行堆內、外考驗。這些都可能做到,但都不會短期奏效。
(8)反應堆安全審查
最早對反應堆安全的考慮,只要能夠對付“三類事故”“四類事故”就可以了,但自從發生切爾諾貝利事故和福島事故后,為了確保安全,安全審查越來越嚴格,必須對付許多很難想得到的“嚴重事故”!一座新反應堆,光是通過反應堆安全審查,沒有三四年是下不來的!
好了!知道了上述情況后,你還會相信三五年就能建成一座“第五代”新型反應堆的“神話”嗎?
剛建成了一條新冷卻劑的堆外回路,剛建成了一座零功率反應堆,就聲稱馬上要建成新一代的先進反應堆了!就好比萬里長征還沒有離開江西,就聲稱快到延安、革命就要勝利一樣!不覺得太可笑嗎?
奉勸某些同志,想想我在上面提出的一系列工作,踏踏實實、一步一個腳印地往前走!愛惜自己的聲譽,不要再忽悠了!
陳叔平
2020年9月

