“核電寶”是個什么玩意兒？

2017-12-08 11:49:28 來源:國際核電的那些事　點擊量：評論 (0)

記得去年年底，網絡上有一個吸睛的名詞，謂之核電寶，據說這是中科院推出的又一黑科技。不過，由于核電寶提出概念后，便沒有然后了，人們也就漸漸淡忘這個玩意兒。而實際上，核電寶并不僅僅是個概念，而確實是一

記得去年年底，網絡上有一個吸睛的名詞，謂之“核電寶”，據說這是中科院推出的又一黑科技。不過，由于“核電寶”提出概念后，便沒有然后了，人們也就漸漸淡忘這個玩意兒。

而實際上，核電寶并不僅僅是個概念，而確實是一項前沿核能技術，且正在研發中。今年我國取得突破性進展的兩項核技術，ADS和可控核聚變，就使用著和“核電寶”相同的核心技術，這就是鉛冷技術。或者說，不論是核電寶，還是我國的ADS，甚至未來的可控核聚變技術，都可以說是屬于鉛基堆的范疇。

從人類開始和平利用核能直到今天，有些棘手的技術問題科學家一直沒有徹底地解決。

比如說壓水堆，就很容易因失去冷卻水而導致堆芯熔毀，也容易因鋯水反應導致氫氣爆炸，進而產生嚴重的核事故（比如三里島、切爾諾貝利，福島核事故），甚至正常運行期間，燃料破損也會導致放射性物質泄漏，導致廠房內輻射劑量升高，而壓水堆核電廠為了讓以上情況發生的可能性降低而進行的投資，又越來越變成了壓水堆在經濟上的不可承受之重（例如AP1000杰出的安全性帶來的能拖垮母公司的成本問題）。

又比如說第四代反應堆，如鈉冷快堆，鈉冷快堆因安全性而一直讓人望而生畏。。鈉這種金屬雖然熔點低，適合做快堆的冷卻劑，但是鈉遇到水容易爆炸，泄漏出來也容易著火。同時鈉的沸點低，一千多度就可能沸騰揮發，這對于千度以上高溫的堆芯來說，如果堆芯功率稍微異常波動，就很容讓堆芯受損，甚至發生爆炸的。

又比如說目前正在研究的核聚變反應堆。聚變反應希望冷卻劑在帶走聚變熱量的同時，還能為聚變堆堆芯補充燃料氚。而一種能耐受聚變能的高溫又能提供燃料的物質，卻不是那么好找了，這也成了聚變堆研究上的一個難點。

又比如說現在炒得火熱的小型堆。如果用常規核電技術進行縮小化處理的話，設備的復雜程度其實沒有降低多少，安全性也不能有質的提高。設備復雜的結果是故障率高，設備運行不穩定，安全性則是決定小型堆能否大規模使用的另一重要因素。

面對核能技術上述的種種問題，核能科學家們一代又一代，前赴后繼潛心研究，希望能研發出一種能夠終結上述所有問題的完美反應堆技術。功夫不負有心人，在有些天才的科學家和一些大膽的實踐家的搗鼓下，人們終于隱約看到了這種完美反應堆技術若影若現的身影，這就是鉛基堆。

相比比爾˙蓋茨的行波堆，屢敗屢戰的鈉冷快堆，經常占據聚光燈的小型堆，鉛基堆可以說是一種傳統而成熟的反應堆堆型。

早在上世紀70年代，蘇聯就將鉛基堆裝備在了核潛艇之上。這些潛艇不僅潛得深（據說最高能潛水900米以下，比美國魚雷的深度還深），而且，這種潛艇跑得也快，發起瘋來水下速度能達到40節，一度成為世界上跑得最快的潛艇。據說，美國人聽聞此消息后好幾年都惴惴不安。只不過，鉛基堆的這些輝煌，在蘇聯解體后就漸漸成了歷史。

到上世紀90年代，鉛基堆再次進入了科學家的視野。所謂鉛基堆，簡單地就是用鉛合金做堆芯冷卻劑的反應堆型。鉛合金一般選用的是鉛鉍合金。相比鉛和常用金屬冷卻劑鈉，鉛鉍合金有著更低的熔點和更高的沸點，這個特點能保證鉛基堆在低壓高溫的工況下運行。

對于反應堆，低壓意味著反應堆管道和設備的承壓要求大大降低，甚至普通的金屬管和設備就可以用在鉛基堆上，這讓鉛基堆的建造成本變得低廉，而高溫則意味著核能轉化為電能的效率更高，讓核電變得更加的經濟。

而這還只是鉛基堆的基本優點，理論上，用鉛合金做冷卻劑的反應堆，冷卻劑可以因堆芯內外的溫差，進行自然循環。簡單地說，就是即使反應堆一回路不設計主泵，冷卻劑也可以自然循環帶出堆芯的熱量，實現反應堆一回路的“非能動”設計。

鉛基堆的這個特點讓核科學家們眼前一亮，如果不布置主泵，將堆芯設計得足夠小，然后利用反應堆內產生的熱量進行溫差（或其他半導體材料）發電，那豈不是就成了可以隨意移動，且能量源源不斷的充電寶了？這也就是用鉛基堆設計“核電寶”的基本思路之一。

隨著對鉛基堆技術研究的深入，科學家們漸漸發現，鉛基堆幾乎算是能夠終結傳統反應堆缺點的“完美堆型”。

例如，鉛基堆就不存在傳統壓水堆因高壓帶來的設備制造要求高問題，也不存在壓水堆失電時堆芯無法循環冷卻的問題，同時，鉛基堆的鉛合金冷卻劑，很容易與放射性的碘元素發生化學反應生產化合物，能夠有效阻止破損燃料內的放射性物質外泄。

與快堆相比，鉛合金的化學性質穩定，不會與水發生劇烈反應，也不易因泄漏引起火災。同時，鉛基堆還有一種神奇的“自愈”功能，即反應堆一回路發生輕微泄漏時，泄漏的鉛合金會冷卻凝固，封堵破口，簡直和人體血液的功能一樣。而鈉冷快堆就不行了，鈉的泄漏很容易引發火災，當年日本的“文殊”快堆就因鈉泄漏而發生多次嚴重火災。而更讓鈉冷快堆感到威脅的是，鉛合金對中子的吸收和慢化能力都很弱，不僅可以像鈉一樣作為快堆的冷卻劑，還能用于次臨界堆（比如ADS），一旦鉛基堆技術成熟，鈉冷快堆的地位將岌岌可危。

鉛基堆與聚變堆也有技術上的關系。作為未來之堆，目前研究階段的聚變堆的燃燒過程是這樣的：首先在堆芯加入氚氘混合物點火，點火后聚變產生的中子與堆芯外包層的鋰發生反應，生成氚，生成的氚與源源不斷加入的氘進行持續的可控核聚變。而聚變產生的熱量則由堆芯外包層的冷卻劑帶走。目前，科學家考慮的最可能的聚變堆外包層冷卻劑就是鉛鋰合金，即利用了鉛合金的高沸點和化學穩定特性。可以說，未來的聚變堆也是一種鉛基堆。

鉛基堆雖然優點如此之多，但是技術依然不成熟。上世紀蘇聯將鉛基堆裝在其核潛艇上的時候，是鉛基堆最輝煌的時候。但是鉛合金的腐蝕性讓反應堆材料選型十分困難，同時，用液態金屬冷卻堆芯，科學家們研究得相對來說還是太少，這讓鉛基堆的運行極不穩定。當年蘇聯裝備鉛基堆的核潛艇就因故障率高等原因而不得不退役。不過不管怎么說，鉛基堆也算第一種人們實際使用過的第四代反應堆技術，所以在核科普和宣傳的時候，核科學家才敢臉不紅心不跳地說鉛基堆“有成熟技術基礎”。

類似于可控核聚變，鉛基堆目前依然是一種看似美好，但要走的路還很長的反應堆技術。俄羅斯，美國，歐洲，日本，韓國中國目前都在鉛基堆上花了很大功夫，俄羅斯更是宣傳要在2030年之前讓鉛基堆商用。

相對來說，我國鉛基堆研究起步比較晚，而且主要是用鉛基堆作為ADS反應堆技術的研究。不過，我國的鉛基堆研究屬于只做不說，悶聲得成就的那種，這不，去年我國宣布了ADS首次臨界，今年又有關于ADS技術理論的新發現，更有可控核聚變取得新進展的報道。我國鉛基堆技術的未來，還是蠻值得期待的。

原標題:“核電寶”是個什么玩意兒？