我国核电站或广泛应用富集硼酸提高核安全能力-北极星核电网

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10月31日，由中国核能行业协会和美国赛瑞丹有限公司(以下简称“赛瑞丹公司”)共同举办的“核电厂富集硼酸应用国际研讨会”在北京举行。该研讨会旨在分享富集硼酸在核电站应用中的控制反应性及提高核安全能力方面的技术优势、应用经验及经济可行性。

中国核能行业协会副理事长赵成昆表示，类似富集硼酸的新材料以及新技术应用将在一定程度上提高核电站的安全性。赛瑞丹公司总裁Joel·Moskowitz表示，10B(硼的同位素)的应用是保证未来中国核电行业安全生产运营的重要因素。

高水平操控反应堆

据了解，天然硼元素(B)有两种稳定同位素，即10B 和11B，天然丰度(同位素在自然界中的天然存在比)分别为19.78%和80.22%。10B具有对中子高吸收的独特特性，其对热中子的吸收截面为3837b(面积单位，用来表示核反应截面的大小，1b等于10的-24次幂平方厘米)，自然丰度的硼对热中子的吸收截面接近于750b，而11B 仅为 0.005b，因此10B对热中子的吸收截面是自然丰度硼的5倍多，是石墨的20多倍，是传统防护材料混凝土的 500多倍。

业内人士介绍，硼酸最初在压水堆中作冷却剂，即作为化学控制剂用在反应堆冷却回路中长期控制核反应速率。而作为一种大中子吸收截面的物质，富集的10B以硼酸的形式制成控制箱来控制核反应堆的速度，使核反应堆稳定、安全运行，与自然丰度的硼酸相比较，富集硼酸可以使核反应操作控制达到较高水平。而且，它与锂、铬等元素制成控制棒，对反应堆起应急和保护作用。此外，以元素硼、炭化硼或者硼酸铝的形式出现的反应堆的防护材料应用可极大地改善核燃料的运作状况。

公开信息显示，核电站选用富集硼酸，可降低冷却回路中总的溶解性固体物、提高热转换、减少杂质形成、更好地实现PH值控制、减轻腐蚀、降低人员辐射剂量，从而提升核电站的运行安全性和灵活性，并优化核电站的运行周期。近几年，欧洲压水堆厂采用富集硼酸进行反应堆的控制，在预定停车时期使用部分富集硼酸代替自然硼酸,未对设备作任何的修改。在大多数核电站中，含硼酸的冷却剂溶液中10B最终的丰度为30%。(见图表)

更高安全性、经济性

据赛瑞丹公司相关人员介绍，富集硼酸是欧洲压水堆—EPR设计中的特点，已经应用于法国、芬兰和中国建设的EPR核电站反应堆中。此外，8台德国压水堆机组和瑞士压水堆机组已成功地转换到应用富集硼酸，使其可以使用MOX(混合氧化物)燃料运行(见图表)。

“在德国，使用了天然硼酸的核电厂要马上关闭，但是应用了富集硼酸的电站可以延迟运转到2020年-2030年。”上述人员介绍。

核反应堆中采用富集硼酸有两个非常显著的优势，即10B在反应堆冷却系统中的浓度增加、硼酸的整体用量减小。

据相关研究人员介绍，由10B浓度增加带来的益处包括增强反应堆能力、可使用含有高丰度铀-235的燃料、可以增加使用MOX 燃料、可以增加燃烧和循环周期、每个循环的燃料消耗量减少，因此最终所需的燃料费用、废液处理费用、中间和最后的储存费用都减小，节省巨大的资金。

而减少硼酸整体用量带来的益处则包括了降低硼酸沉淀和结晶的风险、降低冷却剂的酸性，从而降低锂的浓度、不需要修改储槽和管束、示踪热的需求量减小、淡水和软化水的需求量减少。

据了解，2009 年之前，赛瑞丹公司的硼化铁和硼铝中子吸收材料已经通过其他公司引进中国，并在2009年和2011年先后与岭澳核电站二期、台山核电站、中科院高能物理研究所等开展合作。而目前国内也有几家企业和研究院所在进行富集硼的研究和生产，两家位于辽宁省的企业均有一定规模的生产能力。此外，天津大学的化学工程与技术学院、中国核动力研究设计院下属的核燃料及材料研究所也在开展相关研究工作。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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