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研发“三步走”
综合我国在相关技术领域的开发现状、工业基础以及国际上目前尚无钍堆运行的实验情况,因此,要实现重水堆利用回收铀和钍资源开发,可以采取“三步走”计划:
第一步,以最小的代价为秦山三期运行重水堆开发一种替换天然铀的NUE型回收铀燃料。该步分为NUE燃料入堆辐照试验和全堆应用两个阶段。完成后,两台机组运行发电每年将消耗150吨铀235含量为0.858%的回收铀,而不再消耗天然铀资源。
2009年底,试验获得国家核安全局的批准。2010年初,中核北方核燃料元件有限公司在现有重水堆燃料元件生产线上制造出26只合格的NUE燃料棒束,其中24只被装入秦山三期1号机组辐照考验,2011年全部卸出堆芯,2012年完成比对检查。试验证实两种燃料运行性能相同。目前,NUE全堆应用已于2011年全面启动,现已完成相关安全论证和辐照后检查元件的运输,生产线适应性改造、辐照后的热室检查以及回收铀采购已在进行中,稍后将启动全堆应用的安全取证。按计划,预计到2014年,秦山三期两台重水堆发电可以使用NUE燃料。
第二步,面向大型后处理厂的回收铀产品利用,开发直接利用回收铀技术,进一步提高重水堆对回收铀的利用效率,同时降低30%的乏燃料产生量。
基于现有的重水堆技术以及运行经验反馈,开发一个成熟先进的,能够综合利用回收铀以及钍资源的反应堆平台,并能在同一堆芯平台上使用回收铀(直接利用)和低浓铀/钍两种燃料。这种堆型称为先进燃料重水堆,目前已进入概念设计阶段。它基于成熟的增强型CANDU 6技术,整合了最新核监管要求以及福岛事故后的整改要求,安全上达到了三代标准,概念设计计划于2014年初完成。
第三步,开发先进燃料重水堆实现钍资源核能利用的工程示范。在首台先进燃料重水堆机组建成投产以后,进行低浓铀/钍燃料辐照考验,在获得足够的鉴定和考验数据以后,即可实施。
重水堆的“新”定位
在中国核电发展的不同阶段中,重水堆均可在其燃料循环体系中扮演一个重要的角色。
在热堆发展阶段,可以建立压水堆-重水堆联合燃料循环。在该联合燃料循环中,压水堆以浓缩天然铀作为燃料,重水堆则采用压水堆的回收铀作为燃料。据测算,每4台百万千瓦级的压水堆足以为1台百万千瓦级的重水堆供应回收铀原料,总体铀资源利用率将提高20%。
在快堆发展阶段,可以通过重水堆或者压水堆利用钍作为燃料来适当延长热堆的寿命。
在聚变堆发展阶段,重水堆可以为其发展提供燃料——氚。
由此,围绕我国的闭式燃料循环体系,可以根据不同阶段采取不同的方案。
第一个阶段,完成试验或中试体系的建立和运作,积累技术基础,为试验快堆供应MOX燃料,同时,开发等效天然铀技术,将中试厂的产品用于秦山三核两台运行重水堆上,促进国内的后处理技术的发展和完善。
第二阶段,建立商用规模的闭式燃料循环体系,让燃料循环起来。继续发展压水堆这条主线,同时建设大型后处理厂、MOX燃料生产线,适当建造少量利用钚作为燃料的快堆,建造与后处理厂产能匹配的先进燃料重水堆将回收铀利用起来。同时,开发钍资源核能利用的工程技术,对钍燃料进行鉴定或者辐照考验,建造首座示范钍燃料重水堆以及开展以快堆为核心的先进核燃料循环体系的技术研究。
第三阶段,建立先进核燃料循环体系,实现核燃料增殖,同时,根据需要推广热堆(重水堆、压水堆或者高温气冷堆)利用钍燃料的技术。
重水堆在回收铀再利用和钍资源核能利用方面具有显著的优势和较大的潜力,可以解决我国核燃料循环发展中的一些问题,为我国闭式燃料循环体系提供重要补充。目前,秦山三期联合国内外研究和生产单位已进行相关工程应用技术研发,近期即可见成效。
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