1950年代后期美国公开熔盐堆研发活动,受到世界核科学界的广泛关注。因为与传统反应堆截然不同,更重要的是简单、方便,能销毁阿系元素以及扩大燃料资源的独特能力和经济竞争潜质。尽管1970年代后期美国的MSR研究活动被迫停止,但世界其它国家和学术团体的研究没有停止,而且有所发展。俄罗斯70年代开始研究MSR技术,在嬗变、销毁超铀元素研究上与欧洲原子共同体合作,提出的2400MWt熔盐锕系元素再循环与嬗变堆(MOSART) [51],公认是燃烧器反应堆研究的最高水平。法国在MSR研究上成绩显著,提出的无石墨钍熔盐堆(TMSR),快谱(CR~1.10)、双流,负反馈系数极大,简化了燃料处理[52],公认是钍增殖堆优先开发的方向。日本的MSR研究一直限于民间学术团体,京都大学的古河教授联合世界8个国家的17位核科学专家组成“钍熔盐论坛”,还提出了“钍熔盐核能共生系统-通往“钍世纪”路线图。
捷克是世界上唯一政府和工业企业明确支持开发MSR的国家,在欧盟范围内与俄罗斯合作,特点是把VVER-440乏燃料后处理包括在系统内,直接采用氟化物挥发法处理LWR乏燃料,生产系统的启动燃料。捷克的工作正在把目前的MSR项目从理论分析推向实践[53]。
捷克熔盐堆研究的堆内实验
我国的熔盐堆研究始于1950年代后期。1968年,清华大学吕应中教授在狱中提出钍资源综合利用方案,上书周总理批准开展钍增殖堆研究。728工程原方案采用熔盐堆发电,就有吕先生的极大影响。近期几个大学和科研机构开展了熔盐堆研究,但还没有形成“阵容”。
在美国,ORNL已将MSR各方面的研究工作全部成文记载下来,而且完全对外开放,免费下载。美国有大批拥护、推动开发MSR的学者与民间人士,还有人直接给奥巴马写信[54]。其它国家这种科学家也很多,谈起MSR,推崇备至,连美国核学会主席T.L.桑德斯博士都认为MSR是适合发展的反应堆概念[55]。
熔盐堆是第四代国际论坛准备开发的堆型,说明几十年前的老概念有明显的复兴价值。过去与近期见诸报端的评介文章不可胜数,都承认熔盐堆的运行安全和经济优势,超过固体燃料设计。但世界核电大国、特别是美国拒绝开发MSR的原因还是个迷。有人认为是政治问题—核扩散,但MSR恰恰在防扩散上有现实的 (强伽玛辐射)和技术的(改性)优势。
6. 传统核能的选择
目前建造核电,轻水堆是“唯一选择”的话有点绝对。第四代国际论坛选定的甚高温气冷堆(VHTR),就为多数成员国看中。近期美国全陶瓷型三重各向同性包覆(TRISO)粒子燃料辐照取得重大进展[56],计划在2020年前后建成示范机组。世界各国普遍对VHTR感兴趣、美国科学界也能接收的主要原因是高温制氢与工艺供热,以便在石化与运输业减排方面获得突破。美国VHTR与我国高温气冷堆的差别,除堆出口温度高外,堆芯采用石墨棱柱结构的柱状燃料元件。但近期采用浓缩铀,有与LWR争资源之嫌。如能用LWR乏燃料的TRU做燃料,即使一次通过,也是很大的进步。这种反应堆的乏燃料后处理非常困难,很难成为第四代核能的“主力”堆型。
TRISO涂覆粒子燃料
(US DOE. Next Generation Nuclear Plant Report to Congress, April 2010)
尽管20多个钠冷快堆建成后,液体金属冷却快堆变得安全与经济的前景渺茫,许多国家仍心存希望,想沿着这条路走下去。法国和日本决心很大,还希望美国加入。美国传统核能界希望先建个小型钠冷燃烧器快堆,很可能是一体化快堆(IFR),而且时间在2020年之后。印度13.5MWe的实验增殖堆还在运行,500MWe原型增殖快堆(PFBR)计划今年达临界,而且打算再建造4台以上500和1000MWe的增殖快堆。俄罗斯快堆发展计划宏伟,就是缺乏资金。BN-800可能要配合销毁军用钚的任务,据说2012年建成,但有可能拖到2015年。
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