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两会核声| 万钢:当前核领域的大国竞争已向更高端发展

核动力 核潜艇 同位素 玲龙一号
发布:2021-03-08 11:53:41     来源:中国核工业

全国两会前夕,记者来到成都一家单位,大门口没有牌子,为这个“中国核动力的摇篮”平添几分神秘色彩。进入院里,只见路上“谈笑有鸿儒、往来无白丁”,研发人员的学术气质明显。

这里是中国核动力研究设计院,它搞出过核潜艇,又参与或主导研发了“华龙一号”、“玲龙一号”、CF燃料组件等重大核能成果,在新时代里,还要向何处发展、做哪些大事?为此,记者采访了全国政协委员、中国核动力研究设计院党委书记万钢。

01 — 从绝密报告开始的核动力研发 —

1954年,美国建造的世界上第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号服役,1957年,苏联第一艘核潜艇下水。核潜艇的出现,把一个国家的战略防御推向远海。

1970年8月30日,我国第一代核潜艇陆上模式堆实现满功率,同年12月26日,我国第一艘核潜艇下水。1974年8月1日,我国第一艘核潜艇——“长征一号”攻击型核潜艇正式交付海军服役。我国也从此成为拥有核潜艇的国家。

“核动力院就是由核潜艇的核动力装置研发而起家的。”万钢告诉记者,1958年6月27日,聂荣臻元帅向中央呈送了一份绝密报告《关于开展研制导弹原子潜艇的报告》,在两天内得到毛泽东主席的圈阅批准,项目上马,一支年轻的潜艇核动力设计团队随即组建起来,拉开了中国核动力事业的序幕。

1965年,中央决定选择四川省西南的一片山区作为建造核潜艇陆上模式堆的厂址,以北京团队为核心,从全国调集数千名工程技术人员,在毫无工业基础的地方建立一个核动力研发综合基地,代号909。

经过昼夜奋战,1970年4月,我国第一代核潜艇陆上模式堆安装完毕。1970年7月25日,模式堆开始提升功率,两台汽轮发电机并联运行,实现了我国第一次核能发电,“银光照亮了模式堆各舱室,照亮了整个厂房”。8月30日,反应堆满功率运行,试验一次成功!

“我国第一代核潜艇陆上模式堆的建成,实现了中国核动力由无到有的重大突破,作为核动力院的第一座反应堆,为我国反应堆事业发展做出了重要贡献。”万钢表示,“同时它也是核动力院第一个重大设施,成为核动力研发基地的重要标志。核动力院应该有重大的核设施,才能称之为核动力院。”

 

由此开始,核动力院“搞了三型动力,研发了三代核电,建成了三个平台和三个基地”。而就在刚刚过去的2020年,核动力院提出了要进行“第四次创业”。

“当前核领域的大国竞争已向更高端方向发展,只有通过加强我国基础研究能力及原始创新水平,才能引领世界核技术发展,为我国战略高科技跨越发展提供强有力的支撑。”万钢如是说道。回顾核动力院的创业史,也正是为了凝聚攀登新时代科技高峰的精神力量。

02— 华龙的“妹妹”玲龙要来了 —

今年年初首堆投入商运的自主三代核电“华龙一号”,其研发工作可上溯至1996年。那一年在核动力院,启动了自主百万千瓦核电技术的研发攻关工作,首次提出了核心技术基础——177堆芯方案,并围绕177堆芯、单堆布置方案,开展CNP1000研发与初步设计工作。从CNP1000,到CP1000,再到ACP1000,才有了“华龙一号”的诞生。

“华龙一号”每台机组装机容量达百万千瓦以上,每年发电近100亿千瓦时,能够满足中等发达国家100万人口的年度生产和生活用电需求;相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨,相当于植树造林7000多万棵。

万钢表示,“‘华龙一号’在国际三代核电中具有明显的成本、产业链、工程建造等比较优势,有利于带动高端装备、材料、工艺的优化升级,强化装备制造体系。同时可以为调整我国不均衡不充分发展的能源结构提供重要支撑,是减少雾霾、减少污染,落实碳达峰、碳中和的现实可行选择。”

正是基于这些优势和作用,“建议政府部门将‘华龙一号’作为自主核电的主力堆型写入国家核能发展战略,明确后续一定时间内的核电项目,确保核电发展的连续性。”万钢表示。

与享誉国内外的“华龙一号”这位“大哥”相比,由核动力院自主研发的小堆技术“玲龙一号”(ACP100),更像是一位低调的小妹妹。走近之后,会发现她独有的灵动与亲和特质。


 ACP100效果图

国际原子能机构(IAEA)将“小型核反应堆”定义为电功率小于300 MW的核反应堆动力装置,简称“小型堆”。与大型反应堆相比,小型反应堆具有功率规模小、安全性能高、模块式建造、选址灵活、应用领域广泛等特点。

“因为小堆本身的特点,它可以更加贴近城市,除发电外还可用于区域供热、工业供汽、海水淡化等,还可为深海资源勘探与开采、远海岛屿、陆地偏远地区等活动提供能源补给,具有很好的发展前景。”万钢说。

据介绍,“玲龙一号”是完全自主创新的多用途模块式小型堆,采用国际主流的一体化反应堆技术,反应堆热功率385MWt,电功率125MWe,最大程度采用成熟技术设备。采用固有安全加非能动的安全设计理念,应急计划区可缩小至300m,从设计上实现了不需要场外应急。“玲龙一号”是目前最接近工程实施的小堆项目。

作为一项前沿技术,小堆单堆建设目前的经济性欠佳。“按照国外小型堆的发展经验,小型堆批量化发展是解决经济性问题的有效途径。”万钢表示,“建议纳入国家层面的有关规划,加强技术和商业模式的创新,系统布局进行实施。加快模块化小型堆的标准化建设,简化后续小型堆的审评和核准批复流程,促进模块化小型堆后续批量化推广应用。”

03— 溶液堆,医用同位素国产化的大跨步 —

反应堆的用途并不限于发电、供热等,拥有中国“堆谷”的核动力院还利用丰富的堆照资源推进医用同位素生产的国产化,甚至担当我国同位素制备与应用技术开发的主力军。

随着现代医学包括核医学的发展,作为核药原料的医用同位素在疾病诊断和临床治疗中的作用越来越重要。在发达国家,约1/5的患者需要用到医用同位素。但当前国内医用同位Mo-99、I-125、Sr-89、C-14等用量大的同位素全部依赖进口,只有少部分同位素实现了国产化,但无法满足国内医疗市场的需求。

而且当前国际主要医用核素生产反应堆均处于老龄化阶段,医用同位素已处于全球供应短缺的状态,导致我国医用同位素时常短缺或断供。

“在新冠疫情等影响下,国内医用同位素市场需求问题进一步突显,医用同位素国产化急需实现规模性突破。”万钢说,“为了打破国外的技术垄断,核动力院以新技术、新工艺开展国内各急需的医用同位素生产技术研发工作,目前已打通Sr-89、C-14等医用同位素生产工艺,实现了批量化供货。“


 

同位素提取

从1981年建成高通量工程试验堆(HFETR)后,核动力院在同位素制备及应用领域开展了大量开创性工作,先后开发出国内第一枚Co-60医疗源、第一枚Co-60工业辐照源、世界上第一条凝胶型Tc-99m发生器等。还通过科技成果转化,成功孵化出成都云克药业有限责任公司和成都中核高通同位素股份有限公司,取得了良好的经济和社会效益。

近年来,核动力院在同位素制备及应用领域不断取得新的突破。其中尤其瞩目的是,核动力院攻克了溶液型医用同位素生产堆堆芯物理设计、同位素分离工艺、三废处理等关键技术,溶液型医用同位素生产堆建设条件已经成熟。

核动力院设计的溶液堆功率200kW,最大提取能力为Mo-99 10万Ci、I-131 2万Ci、Sr-89 400Ci。项目建成投产后,可使我国医用同位素产业实现跨越式发展,促进放射性药物、核医学和核技术应用产业发展。

“届时核动力院将具备更加强大的医用同位素研发生产能力,能够满足长期规模化地进行同位素研发与生产。”万钢对医用同位素的国产化前景充满信心。

为了保障国内患者的正常用药和生命健康,乃至占领国际医用放射性核素市场,“核动力院将加强核技术应用产业统筹力度,完善机构、管理创新,建立运行高效的研究开发和市场运作体系。”万钢表示,“同时要在国家重大发展战略指引下,把握国有企业深化改革的有利契机,引导资金、技术向核技术应用长远发展的方向流动,为产业链整合和扩张提供机遇,快速做强做大核技术应用产业。”

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