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国际资讯 | IAEA发布《2020年核技术评论》

核技术 加速器 辐射技术
发布:2020-09-18 17:05:08    
2020年8月,国际原子能机构(IAEA)发布了《2020年核技术评论》。该评论涵盖以下领域:电力应用,先进裂变和聚变,加速器和研究堆的应用,放射性同位素和辐射技术,核技术用于人体健康以及粮食与农业。

1 电力应用

1.1 当今核电

截至2019年12月31日,全球共有443座在运核电反应堆,总装机容量为392.1 GWe,较2018年减少约4.3 GWe。其中,约83%是轻水慢化冷却堆,11%是重水慢化冷却堆,3%是轻水冷却石墨慢化堆,3%是气冷堆,还有3座液态金属冷却快堆。将近89%的核发电量是由376座轻水堆生产。

2019年,有6座新的压水堆并网,新增总装机容量5 174 MWe:中国2座(1 660 MWe的台山2号机组和1 000 MWe的阳江6号机组),俄罗斯3座(1 114 MWe的新沃罗涅日二期2号机组、罗蒙诺索夫院士号1号和2号两台30 MWe的机组),韩国1座(1 340 MWe的新古里4号机组)。13座核电机组被永久关闭:中国台湾金山2号机组,德国菲利普斯堡2号机组,日本玄海2号机组和福岛第二核电站1~4号机组,韩国月城1号机组,俄罗斯比利比诺1号机组,瑞典灵哈尔斯2号机组,瑞士米勒贝格核电站以及美国流浪者1号机组和三哩岛1号机组。5座核电机组新建项目启动:中国漳州1号机组和太平岭1号机组,伊朗布什尔2号机组,俄罗斯库尔斯克二期2号机组和英国欣克利角C-2号机组。

核电扩展以及近期和远期增长前景仍集中在亚洲。截至2019年12月31日,共有54座反应堆在建,其中35座位于亚洲。2005年以来并网的74座新反应堆中有61座也在亚洲。

目前,核电在运国、扩展国和新加入国的情况如下:

(1)在运国。截至2019年年底,443座在运核电堆中,超过66%的核电机组(净装机容量达256.3 GWe)已经运行了30年以上,服役时间超过40年的核电机组发电装机容量占全球核电装机容量的17%。越来越多的核电站正在实施长期运行和老化管理计划。核电在运国中:①俄罗斯在运的两座快堆(别洛雅尔斯克3号和4号机组)自并网以来,已分别提供140 777 GW•h和13 066 GW•h的电力;②在非洲,南非国家电力公司埃斯科姆开始大修库贝赫核电站,目的是对其进行至少20年的延寿;③在亚洲,中国开始启用两座新近调试好的AP1000机组进行热电联产,中国台湾通过了一项修正案(删除了关于所有核电站将于2025年停运的要求),印度格格拉帕尔核电站在更换所有冷却剂通道和进料管之后重启;④日本的重点仍然是福岛第一核电站的场址修复工作,安全仍是当务之急,核电被视为实现2050年脱碳目标的重要基荷电力;⑤在欧洲,法国开始对特里卡斯坦1号机组进行升级和维护以使其能够再运行,比利时完成了杜尔3号机组的混凝土维修工作,罗马尼亚正在对切尔纳沃德核电站实施现代化计划,瑞典批准了福斯马克1号和2号机组的延寿申请,乌克兰正在实施乌克兰3号机组延寿10年的项目;⑥在拉丁美洲,阿根廷恩巴尔斯核电站的装机容量提高了1.33%,并且延寿了30年;⑦在北美,加拿大对延寿项目进行了重大投资并计划于2020年重启达灵顿2号机组;⑧美国大多数现有机组已经延寿至60年,美国核管会(NRC)还批准了土耳其角3号和4号机组延寿20年的申请,这也是NRC首次授权反应堆寿期从60年延寿至80年。IAEA收集的安全指标表明,核电站的可靠性随着时间的推移不断提高。

(2)扩展国。在运行核电站的30个成员国中,有15个正在积极新建核电机组或扩大核电计划。正在进行的新建核电项目有45个,总净装机容量达46 567 MWe。各国新建核电机组数量和新建装机容量情况如下:中国13台(13 164 MWe)、印度7台(4 824 MWe)、韩国4台(5 360 MWe)、俄罗斯4台(4 525 MWe)、英国2台(3 260 MWe)、日本2台(2 653 MWe)、美国2台(2 234 MWe)、乌克兰2台(2 070 MWe)、巴基斯坦2台(2 028 MWe)、斯洛伐克2台(880 MWe)、法国1台(1 630 MWe)、芬兰1台(1 600 MWe)、巴西1台(1 340 MWe)、伊朗1台(974 MWe)和阿根廷1台(25 MWe)。核电扩展国中:①中国台山2号机组(第二台EPR)和阳江6号机组(APCR-1000)并网,使得中国在运核电机组增加至48台,加上台湾的4台在运机组,中国的核电总装机容量高达49 362 MWe;②芬兰和法国宣布分别于2020年7月和2022年底将完成EPR并网计划;③英国欣克利角C完成了核岛廊道第一罐混凝土的浇筑;④俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)下属核电运营商Rosenergoatom获得了“罗蒙诺索夫号”浮动核电站的运行许可证,有效期至2029年;⑤印度在运核电机组有22台,在建机组7台,预计到2031年将新增21台核电机组投入运行,总核电装机容量将达到15 700 MWe。

(3)新加入国。在正在考虑、规划或积极致力于将核电纳入能源结构的28个成员国中,有18个已开始对核电基础设施进行研究;4个已做出决定,正在建设机构能力和开发必要的基础设施,以准备签署合同和筹资新建核电站;埃及已签署合同,正在准备建造;孟加拉国和土耳其已经开始建造;白俄罗斯和阿联酋的第一座核电站已接近完工。新加入国中:①阿联酋第一座核电站巴拉卡核电站的所有4座反应堆已基本完工,即将颁发头两台机组的运行许可证;②白俄罗斯位于奥斯特洛韦茨的第一座核电站正在建造中,1号机组已于2020年4月完成热试,2号机组计划于2021年进行调试;③孟加拉国正在建造卢普尔核电站,其1号和2号机组预计分别在2023年和2024年进行调试,第二个核电站项目也正在进行场址调查;④土耳其正在建造阿库尤核电站的首台机组,预计于2023年进行调试,第二台机组已经取得建造许可证;⑤埃及位于埃尔达巴的4台机组核电站已经获得场址许可证,建造工作预计于2020年中开始,第一台机组预计于2026年完成调试,其他3台机组计划于2028年完成调试;⑥沙特阿拉伯预计将并行建造两座大型核电站和一座小型模块堆(SMR),大型核电站正在进行场址表征工作,系统集成的模块化先进堆(SMART)预计于2023年开始建造、2028年进行调试;⑦约旦继续在为选择合适的SMR进行技术评估,并计划基于选定的SMR技术建造一座功率为200~400 MWe的核电站,预计于2030年进行调试,同时正在计划于2030年后建成一座大型核电站;⑧尼日利亚正在计划通过建造-拥有-运行-转让方式建造4座反应堆,第一台机组将于2027年正式投入运行,但是在完成可行性研究之前决定先进行预可行性研究,这可能会导致计划投运时间延迟;⑨波兰经过公众协商后决定继续实施核电计划,并预计2020年开始新建首座核电站,预计于2033年进行第一台机组的调试工作。IAEA继续援助成员国了解关于开发新建核电项目所需必要基础设施的相关承诺和义务,以保障核电项目的安全、安保和可持续性。

1.2 核电增长预测

根据IAEA 2019年的预测,在高增长假设方案下,预计至2030年全球核电净装机容量将增加25%,达到496 GWe,至2050年将增加80%,达到715 GWe,占全球发电容量的12%;在低增长假设方案下,预计至2030年全球核电净装机容量将下降,至2050年再反弹至371 GWe,占全球发电容量的6%。目前,核电占全球发电容量的10%。低值和高值预测之间的很大差异归因于有关大量反应堆更换的不确定性,这些反应堆计划在2030年前后退役,特别是在北美和欧洲地区。2019年预测数据的不确定性较往年来说更小,因为最近一些地区公布了针对现有核电站的未来计划或核电扩展计划,这就抵消了由于反应堆老化、竞争力或其他因素导致的退役影响。

作为可持续能源转型的一部分,核能与其他低碳技术一起,可以满足到2050年对电力和非电力日益增长的需求。在严格的气候变化减缓方案中,有90%的报告称2050年核能发电量将高于IAEA低增长假设方案中的预测数据,有60%的报告称2050年核能发电量将超过IAEA高增长假设方案中的预测数据。

1.3 燃料循环

1.3.1 铀资源和生产

2019年,铀现货价格仍相对低迷,一般在52~57美元/千克铀范围内。铀价格的走低大大限制了各公司为勘探、可行性研究和新建项目筹集资金的能力。处于计划或开发阶段的新铀项目仍处于搁置状态,一些先前活跃的铀矿和加工设施因铀现货价格低廉,因此仍然处于保养和维护状态。2019年的全球铀产量很可能与2018年产量相似,为53 498吨铀。这意味着全球铀产量自2016年以来已经减少了约15%。

哈萨克斯坦仍然是世界头号产铀国,所产铀几乎全部来自其原地浸出铀矿。2019年,哈萨克斯坦有8座在运铀矿,预计总产量在22 000~23 000吨铀之间,略高于2018年的21 705吨铀。

加拿大是第二大产铀国,其雪茄湖矿和麦克琳湖工厂是2019年唯一活跃的铀生产设施,预计产量约为7 000吨铀。由于铀需求和铀价格的持续低迷,加拿大两座铀矿和两座冶矿厂将处于无限期维护状态。

澳大利亚的兰杰铀矿进入退役和修复阶段后,2019年停止了铀生产,但其利用铀库存生产了1 400~1 800吨铀。奥林匹克大坝铜矿的副产品为铀,其2019年的铀产量约为3 000吨铀。四英里原地浸出铀矿2019年的产量约为1 200吨铀。预计澳大利亚2019年的铀总产量在5 600~5 800吨铀之间,略低于2018年的6 517吨铀,主要原因是兰杰铀矿停产。

在非洲,纳米比亚和尼日尔的铀矿生产比较积极。纳米比亚拥有4座已开发的铀矿,罗辛铀矿和哈萨博铀矿预计2019年的产量分别为2 200吨铀和3 028吨铀,而兰杰•海因里希铀矿和特雷科皮铀矿正处于保养和维护状态以应对长期低迷的铀价。尽管如此,纳米比亚于2019年底发布了在12个月内重启兰杰•海因里希铀矿的预可行性研究报告。尼日尔拥有阿伊尔和阿库塔两座在运铀矿,预计这两座铀矿2019年的产量与2018年相同,分别是1 769吨铀和1 115吨铀。总体而言,非洲2019年的铀产量预计为8 100吨铀。

中国的国家政策是确保铀资源的充足供应,以实现核电中长期的可持续发展。目前,中国在国内拥有7座在运铀矿,年总产量为1 650吨铀。此外,中国还参与了几个国外的铀矿开发项目,主要是在哈萨克斯坦、纳米比亚和尼日尔。

约旦中部回收铀的可行性研究仍在继续进行,并将于2020年对约旦中部场址(基于堆浸技术)的中试厂进行调试。

西班牙萨拉曼卡的铀浓缩制造厂也正在评估中。

1.3.2 铀转化和浓缩

目前的铀转化和浓缩能力对满足全球需求绰绰有余,但市场分化使生产集中在少数几个供应商,从而构成了挑战。目前,有5家生产商满足了全球对UF6的大部分需求,其铭牌产能为每年62 000吨铀,但2019年产能利用率仅为56%,即2019年实际产量约为34 500吨铀。全球浓缩铀供应主要来自商业铀浓缩厂和二次铀供应(例如对先前生产的浓缩铀或尾矿进行再浓缩)。

浓缩铀产量主要集中在欧洲和俄罗斯,如法国欧安诺集团(Orano)、铀浓缩公司(Urenco)和俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)。中国核工业集团公司(CNNC)正在开发相关能力,希望能够发展成为国内的铀浓缩服务供应商,并计划未来在国际上提供铀浓缩服务。

1.3.3 燃料制造

为遵守欧洲原子能供应机构(ESA)的核燃料供应多样化战略,保加利亚的科兹洛杜伊核电站于2019年2月宣布,已与西屋电气瑞典公司签署180万美元的合同,研究该核电站5号和6号机组许可和集成先进燃料的选择方案。捷克电力公司于2019年4月宣布,将把西屋电气瑞典公司生产的六个实验燃料组件装载到其铁姆林核电站1号机组中。俄罗斯Rosatom旗下的TVEL燃料公司是科兹洛杜伊核电站和铁姆林核电站的主要核燃料供应商,并定期向这些核电站提供其他先进燃料(如TVSA-12燃料和TVSA-T.mod.2燃料)。

2019年2月,西屋电气公司宣布推出专为沸水堆设计的新一代燃料组件,该燃料组件可大大降低燃料循环成本,并提高了运行的可靠性和安全性。新组件将首先在芬兰奥克基洛托1号和2号机组中进行测试。

2019年3月,中国CNNC完成了国内压水堆核燃料组件的长期辐照试验,并开始为国产华龙一号(HPR1000)压水堆批量生产CF3核燃料组件。该燃料组件是由CNNC位于中国四川宜宾的压水堆燃料制造厂制造,并使用了哈萨克斯坦乌尔巴冶金厂生产的燃料芯块。

2019年1月,由TVEL制造的两种耐事故试验燃料组件被装载到俄罗斯国家原子能反应堆研究所(RIAR)的MIR研究堆中,并于2019年进行了测试。这两种燃料组件是由二氧化铀和铀钼合金制成,具有更高的密度和导热性,包壳材料是镀铬锆合金或铬镍合金制成。

美国南方核电公司和法马通公司于2019年4月宣布,美国佐治亚州沃格特勒核电站2号机组载春季换料期间,使用了首批包含氧化铬增强燃料芯块和镀铬锆合金包壳的耐事故燃料组件。BWX技术公司于2019年10月宣布,重启美国弗吉尼亚州林奇堡燃料制造厂的TRISO燃料生产线。

2019年1月,TVEL燃料公司与印度原子能部(DAE)签署了一项合同,为印度塔拉普尔原子能发电站的沸水堆提供铀燃料芯块,并且在2019年11月之前要交付50吨该燃料芯块。2019年7月,TVEL燃料公司与CNNC旗下的苏能核电有限公司和中国原子能工业有限公司签订了合同,为田湾核电站7号和8号机组提供核燃料。7月,TVEL还向中国实验快堆交付了一批核燃料。8月,TVEL被指定为孟加拉国卢普尔核电站两台机组整个运行寿期内的唯一核燃料供应商。

2019年8月,俄罗斯别洛雅尔斯基核电站的BN-800快堆收到并装载了俄罗斯矿业化学联合体(MCC)工业生产的首批MOX燃料(包含了18组燃料组件)。俄罗斯也正在对VVER用的再生混合物燃料(REMIX)和快堆用的铀钚氮化物燃料进行堆内测试。

2019年9月,乌克兰国家核电公司(Energoatom)与西屋公司签署了由西屋公司为乌克兰VVER-440反应堆提供核燃料的初步协议。9月,西屋公司EnCore燃料棒的先导测试组件在美国爱达荷州国家实验室(INL)制造,并在拜伦核电站2号机组安排换料期间首次装载该燃料。该先导测试组件由可提高燃料经济性的高密度ADOPT燃料芯块(掺杂氧化铬和氧化铝的二氧化铀芯块)、可提高安全性和工厂经济效益的硅化铀芯块以及增强抗氧化性和耐腐蚀性的镀铬锆合金包壳组成。

1.3.4 乏燃料转移、贮存和后处理

美国NRC于2019年8月认证了Holtec国际公司的的HI-STAR 100MB型运输容器,这种容器能够运输更高燃耗以及从反应堆卸出后衰变时间更短的燃料。美国圣奥诺弗雷核电站自2018年8月暂停乏燃料转移工作,并在NRC完成相关调查后于2019年5月恢复了乏燃料的转移。

2019年8月,白俄罗斯正式批准了该国新核电站的乏燃料管理战略。该战略包括将核电站产生的乏燃料运输至俄罗斯进行后处理,然后将放射性废物返还至白俄罗斯进行处置。

俄罗斯首次将Lepse浮动技术基地卸载的受损乏燃料组件转移到摩尔曼斯克,然后运送至马亚克后处理厂进行后处理,这也是欧洲复兴开发银行(EBRD)管理计划的一部分。

迄今,已从核电站卸出40多万吨重金属,其中30%已经进行了后处理,其余都被贮存在反应堆水池或乏燃料离堆贮存设施中。目前有151个乏燃料离堆贮存设施分布在27个国家。2019年,来自列宁格勒和库尔斯克核电站的6 630个RBMK-1000型反应堆乏燃料组件被转移到位于克拉斯诺亚尔斯克地区的采矿和化学联合体(MCC)进行干法贮存。

日本于2019年2月发布了福岛第一核电站2号机组主安全壳内的燃料碎片照片,并利用具有操纵功能的远程探头进行了进一步调查。4月,开始清除福岛第一核电站3号机组池中的566个乏燃料组件,之后将运送至集中式燃料池中。

英国于2019年8月开始实施为期五年的塞拉菲尔德一小部分钚屏蔽罐的重新包装计划,即将罐打开并重新包装进现代化且更坚固的外罐中。9月,威尔法和科尔德霍尔核电站最后一批乏燃料的移出,标志着英国Magnox反应堆的燃料取出工作已经全部完成。乏燃料在进行后处理前先被转移到塞拉菲尔德贮存。敦雷快堆内最后剩下的增殖区燃料元件已清除一半,需要利用特制的远程操作工具回收因膨胀而卡住的燃料元件。

2019年9月,乌克兰切尔诺贝利乏燃料中间贮存设施(为切尔诺贝利1、2、3号机组的乏燃料提供处理和贮存服务)完成了预调试计划。一旦切尔诺贝利核电站获得了监管机构颁发的单独运营许可,该乏燃料中间贮存设施将正式开始全面调试。

自从英国热氧化物后处理厂(THORP)关闭以来,全球商业乏燃料的后处理能力约为每年4000吨,如果日本六个所后处理厂再次全面投入运营,这个数据可能会增加。

1.3.5 退役、环境治理和放射性废物管理

截至2019年12月31日,全世界有186座核电反应堆已关闭或正在退役。其中17座反应堆已完全退役,还有更多反应堆正进入退役的最后阶段。已经永久关闭或正在退役的燃料循环设施超过150座,还有约130座已经退役。已经永久关闭的研究堆和临界装置超过560座,其中约440座已经完全退役。大约有70座研究堆正在积极退役,约60座研究堆处于永久关闭状态并正在等待退役。成熟退役技术的部署和研发工作正在不断改善,主要是在拥有广泛核电计划的国家。

2019年9月,欧盟委员会联合研究中心(JRC)与意大利负责退役与放射性废物管理的国有核电管理公司(Sogin)签署了一项关于拆除ISPRA-1研究堆的协议。在EBRD的支持下,保加利亚、立陶宛、斯洛伐克和乌克兰继续开展核电站退役项目。几个欧盟成员国提议的基于利益相关者分析退役研究(SHARE)项目已被欧委会接受,并于2019年6月中旬开始实施,计划至2021年底为提供一个技术和非技术领域的综合退役路线图。日本原子能机构(JAEA)发布了“后端路线图”,其中包括了JAEA对其核设施退役以及相关放射性废物处理与处置的长期政策。2019年9月,日本核损害赔偿和退役促进公司发布了2019年福岛第一核电站退役的技术战略计划。

2019年,治理方面的工作取得了一些进展。例如,英国Magnox在哈威尔液体废水处理厂的整治方面取得了良好进展,澳大利亚能源资源公司(ERA)完成了兰杰铀矿关闭可行性研究,美国环境保护局接近完成了修复密西西比磷酸盐公司场址关键特征的活动,意大利在Trisaia场址的修复方面取得了重大进展,切尔诺贝利核电站冷却池退役项目完成。

放射性废物管理方面,一方面继续积极探索弃用密封放射源的寿期末管理方案,包括与其他废物在适当的设施进行共同处置,并已取得了一些成功的作业。另一方面世界各地在放射性废物预处置方面取得了一些进展,例如,美国先进混合废物处理项目(AMWTP)、切尔诺贝利核电站液态放射性废物处理厂以及芬兰乏燃料封装厂等。最后世界各地都在运行着各类放射性废物的处置设施,这些处置设施包括用于极低放废物的深沟处置(如法国、西班牙、瑞典)或干旱地区低放废物的深沟处置(如南非、美国)、处置低放废物的近地表专设设施(如中国、捷克、法国、印度、日本、俄罗斯、斯洛伐克、西班牙、英国)以及位于各种深度地质建造中处置中低放废物的专设设施(如捷克、芬兰、德国、匈牙利、韩国、挪威、俄罗斯、美国)。此外,还有一些国家的中低放废物处置设施正处于许可证审批或建造的不同阶段。

2 先进裂变和聚变

2.1 先进裂变系统

先进核能系统及其应用在世界每个地区都得到了发展,它们被认为能够为全球过渡到更可持续、经济和可靠的能源系统做出贡献,也更适合集成到未来以大量可变电力资源为特征的无碳电力系统中。特别具有前景的是SMR技术,它既可以满足清洁基荷电力需求,还可以灵活地运行以满足多种可再生能源需求,同时也特别适用于核电的非电应用,例如海水淡化、制氢、区域供热和制冷以及一些高能耗的工业应用。

2.1.1 水冷堆

目前正在全球范围内建造、调试或运行经过改进和创新的几种水冷堆(WCR)设计。WCR技术的最新进展包括改进现有设计和开发新设计,目标都是增强安全性、更有效地利用资源和提高经济效益。WCR开发的另一个重要方面是设计、测试和建造小型模块化的整体式压水堆。

阿根廷计划建造一个CANDU6重水堆以及考虑建造HPR1000压水堆;加拿大达灵顿和布鲁斯核电站的翻修工程预计于2032年完成;阿根廷、中国、罗马尼亚和英国正在考虑新建CANDU堆;中国继续支持雄心勃勃的先进轻水堆发展计划;印度核电扩展主要依赖于700MWe的自主化重水堆技术和进口压水堆技术,正在开发900 MWe的自主化先进压水堆以及专用测试设施;巴基斯坦已提交了卡拉奇核电站重水堆2019~2024年的新许可申请;韩国电力公司致力于为出口市场开发压水堆;罗马尼亚计划于2026年开始翻修切尔纳沃德核电站1号机组;俄罗斯继续致力于20个在运VVER机组的延寿和功率提升(4%~10%);美国两座基于西屋AP1000技术的在建核电项目预计于2021~2022年间投入运行;加拿大、中国、日本、俄罗斯和欧盟参与了超临界水冷堆概念的联合研发。

2.1.2 快堆

通过在中国、法国、德国、印度、日本、俄罗斯、英国和美国等一些国家开展的实验堆、原型堆、示范堆和商用堆的设计、建造和运行,最成熟的快堆技术即钠冷快堆(SFR)已拥有400多年的运行经验。国家和国际层面正在开发若干创新型钠冷快堆、铅和铅铋共晶冷却快堆和气冷快堆,熔盐快堆作为一种长期方案正在开发中。

目前各国正在研发的快堆技术包括:中国的创新型示范SFR、CFR-600示范快堆以及铅和铅铋冷却SMR,印度的500 MWe原型快堆,俄罗斯的BN-800SFR、多用途研究钠冷快堆(MBIR)、BREST-OD-300铅冷快堆以及SVBR-100铅铋冷却快堆,法国的钠冷快堆工业原型堆(ASTRID),比利时的铅铋冷却堆(MYRRHA),瑞典先进铅堆(SEALER),第四代铅冷快堆欧洲示范堆(ALFRED)和实验气冷快堆(ALLEGRO),美国泰拉能源公司的行波堆和熔盐堆、西屋公司的450 MWe创新型铅冷SMR以及多功能试验堆(VTR)。

2.1.3 气冷堆

英国继续进行14座先进气冷堆的商业运行,并正在开展延寿研究。许多成员国正在开发具有固有安全特性的小型模块化高温气冷堆(HTGR),这种反应堆消除了对大多数专设能动安全系统的需要。目前HTGR的研发进展包括:加拿大正在进行的SMR预许可活动包含了四种HTGR设计;中国的球床模块式高温堆(HTR-PM)计划于2020年商业运行;日本正在计划重启30 MWt的高温工程试验堆,并积极推进小型模块化HTGR的部署;美国侧重于鉴定先进气冷堆TRISO燃料以供未来部署,在为先进堆特别是HTGR建立新的许可证审批框架方面也取得了进展,75 MWe的XE-100球床式HTGR正处于设计和预许可阶段;沙特阿拉伯、约旦、波兰和印度尼西亚有意部署HTGR;欧委会通过GEMINI+继续部署HTGR;韩国和俄罗斯正在进行技术开发。

2.1.4 中小型堆或模块堆

全球范围内近期和短期部署的SMR技术开发正在取得进展。中小型堆或模块堆着眼于那些大型反应堆不可行的小型电力市场或能源市场,可满足广泛用户和应用对灵活发电的需求,也更适合于非电气应用中的局部使用或专门使用,例如工业过程、制氢和海水淡化用热。

超过50多种SMR设计或概念正处于不同开发阶段,其中:中国和俄罗斯已经完成了两台SMR机组的建造,正在启动调试,预计2020年并网;阿根廷27 MWe的CAREM-25处于建造后期阶段,计划于2022年9月进行燃料装载和启动调试;加拿大和美国等一些国家正在发展微堆,美国正在进行SMR-160整体压水堆设计。

2.1.5 创新型核能系统国际倡议

创新型核能系统国际倡议(INPRO)将技术开发商、供应商和客户汇聚起来,考虑采取国际和国家行动,以实现在核反应堆和燃料循环方面所期望的革新,促进核电的长期可持续性。为了树立21世纪全球可持续核能发展的全球视野,即将要出版核能系统情景建模、分析和路线图工具包。

2.1.6 核能的非电力应用

核能的非电力应用,也被称为核能热电联产,可用于海水淡化、制氢、区域供热、三次采油和其他工业应用,也有助于确保能源安全、可持续性和应对气候变化。

2019年,全世界利用74台在运核电机组(亚洲15台,欧洲59台)产生了2122.92 GW•h的当量热量,以支持核能的非电力应用。在这些机组中,有11台支持海水淡化(31.4 GW•h),58台支持区域供热(1979.27 GW•h),33台支持工业过程热应用(1313.86 GW•h)。

2.2 聚变

国际热核聚变实验堆项目(ITER)已取得实质性进展,土建工作完成了73%以上,再次确认了第一批等离子体将在2025年底前生产。预计ITER将于2035年实现全功率运行。

3 加速器和研究堆的应用

3.1 加速器和相关仪器仪表

加速器最常见的应用包括:生产用于医学诊断和癌症治疗的放射性同位素;产生用于医疗设备和食品灭菌的高亮X射线源;产生用于材料科学分析和辐照的带电粒子束;放射性碳测年法;生产中子用于矿物和石油勘探、核数据测量或散裂中子源等方面。最新的仪器仪表有:双光束设备,为材料研究开辟了新机遇;用于文化遗产原位无损分析的可移动加速器(MACHINA);聚焦兆电子伏离子束设备,对整个细胞进行成像;有望实现多种应用的激光驱动加速器技术

3.2 研究堆

根据IAEA“研究堆数据库”,截至2019年12月31日,已在67个国家建造了818座研究堆,其中250座正在54个国家运行。在运研究堆中,俄罗斯数量最多(59座),其次是美国(50座)、中国(17座)和德国(7座)。全球有63座研究堆以5 MW或更高的功率水平运行,因而提供可支持高容量产品和服务的高中子通量。目前,有6个国家正在新建9座研究堆,还有11个国家计划新建14拥座研究堆。全球研究堆的应用情况如下:教学和培训(167座),中子活化分析(124座),放射性同位素生产(97座),中子照相(75座),材料或燃料辐照(82座),中子散射(50座),地质年代学(24),中子嬗变(硅掺杂方面,28座),中子嬗变(宝石方面,24座),中子治疗研究(17座),核数据测量(15座),其他方面(129座)。

4 其他方面

(1)放射性同位素和辐射技术:利用核技术回收聚合物废物,解决全球塑料负担;加速器技术的突破带来了硼中子捕获疗法(BNCT);医用同位素浏览器,一种网络工具用于发现可对抗癌症和其他疾病的新型放射性同位素。

(2)人体健康:利用新型双同位素示踪剂方法评估人体蛋白质质量;生物剂量学作为一种有效的诊断或预测工具用于放射性应急和医学。

(3)粮食和农业:加强无菌昆虫技术在防治和消灭入侵害虫中的应用;利用核技术支持食品溯源系统;利用核技术监测温室气体,以缓解气候变化的影响。

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