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“太过先进,无法展示”?!——核能新技术ADS真的靠谱吗

发布时间:2017-2-8 10:36 原作者:雷奕安   来自: 赛先生



一回路放射性超高

一般的热堆或快堆中,一回路冷却剂虽然也有较大的放射性,但是仍然远远不能和乏燃料相比。ADS中的一回路冷却剂直接受到能量高达GeV的质子和中子的轰击,本来不容易活化的元素也会活化,因此,一回路冷却剂的放射性将与乏燃料可以比拟,远远大于普通热堆或者快堆。一回路难以设计,防护,和维护,二回路也容易活化,或受到放射性污染,因而整个系统极难维护。

更复杂的核反应

因为极高能质子和中子的存在,ADS第一级及次级核反应种类繁多,生成物复杂,涉及的元素数目巨大。一般核反应堆需要考虑的元素数目大约是百的量级,而ADS中是千的量级。这给理论分析、模拟计算、实验测量都带来了极大的挑战。

功率密度问题

普通热堆热功率大约是每立方米10万千瓦,快堆是每立方米40万千瓦,热量如何快速带走已经是一个问题,而ADS每立方米超过100万千瓦,能否稳定带走如此巨量且空间分布很不均匀的热量,还需要验证。

衰变余热问题

跟所有核反应堆一样,当系统故障、外接或备份电源失效,ADS也需要维持长时间的强制冷却,以带走反应堆不断产生的衰变余热。否则,会产生融堆这样的极恶劣后果。由于ADS功率密度高、核反应复杂、涉及的元素种类繁多,余热问题至少不比普通热堆简单。困扰普通反应堆的衰变余热问题在ADS中一样存在,并且更糟。

基础研究缺乏问题

维持普通反应堆运转的中子来源与中子触发的裂变,能量低。中子能量最高不超过10兆电子伏。各种反应截面在实验上就可以测得很清楚。

ADS中,涉及的入射粒子(质子,中子)能量高达10亿电子伏,是裂变中子最高能量的100倍,能激发的核反应自由度比低能中子高许多数量级,理论上写出所有的核反应几乎不可能。实验上,由于生成物复杂,同样难以确定发生了哪些核反应。实验室里,单一能量中子源的最高能量只有14兆电子伏特,更高能量中子的产生只有靠散裂反应。散裂反应产生的中子能谱很宽(从0到10亿电子伏),中子数不定,不知道发生了那些反应。

因此,核反应道,随中子能量变化的各种反应截面曲线都画不出来,或者说,基础研究缺乏,并且困难。没有这些基础数据,反应堆的设计和计算都缺乏依据。

经济性问题

快堆已经很复杂了,经济性是一个大问题。ADS比快堆还复杂,有一套复杂的性能和可靠性都需要验证的加速器系统,有强大的一回路放射性,有超高的功率密度。加速器效率和散裂中子效率都不高,除了通常的反应堆低发电效率外,还要支出额外的电力维持一个更复杂的系统运行,燃料需要频繁更换,如果要做后处理则成本更高……从发电来说,看不出来这样一套系统经济上是可行的。如果只是为了燃烧超铀元素,成本依然非常高,且仍然需要后处理,过程中还会产生新的超铀元素。

烧不干净问题

如果不能发电,ADS的最重要用途就是嬗变核废料。从我们上面关于燃耗和功率的讨论来看,核废料很难烧干净。因为烧的同时,还在产生新的超铀核废料。再加上高能质子中子引发的核反应,燃烧后的乏燃料成分也更复杂,难以后处理。最后的结果是,冒巨大风险,花巨额资金后处理得到的ADS嬗变燃料,烧了一点点,就没有办法了。还要地质处置,还要上百万年。

靶的问题

ADS中的靶是指直接受到加速器高能质子束轰击,产生大量高能散裂中子的材料/部件。如果要达到发电的要求,质子束的功率必须达到数十万千瓦,约90%的能量直接以热的形式沉积在靶上,最大能量沉积区体积很小。除了超高的热能沉积,还有直接的多种模式活化。靶的放射性与乏燃料相差不远。国内提出来的固体流动靶,只要控制流动的机构出了一点问题,靶或者靶部件将被质子束融化甚至热爆,从而不可收拾。

 

除了上面说到的问题,“启明星1号”“启明星2号”项目还有一点非常令人费解:

启明星1号是一个基础研究装置,晚于世界同类研究装置40年以上建成。这类装置全世界没有几个,而再与ADS相关的,全世界可以说只有另外一个,就是法国的零功率装置VENUS,翻译过来也是启明星(或金星、维纳斯)。人家上世纪50年代就建好了,我们2005年才建好,为什么要取一个跟人家一样的名字呢?我们自己的文献中,启明星的翻译是venus。一个装置代号一般全大写,我们全小写是为了和别人区别吗?还是自降身份?问题是全小写就不能叫启明星了。作为行星,第一个字母必须大写。全小写的单词venus跟金星没有关系,不能叫启明星,而只能是自创的一个新词。难道我们一直不知道存在这么一个装置?还是就是要让人家没有名字可叫?问题是人家早了我们那么多年建好,文献中到处都有该装置代号,我们没有读过那些文献吗?我们不参加国际会议吗?报告的时候怎么解释这一名称?别人会怎么想?为什么要无端给自己找麻烦?

科学计划,或者装置名称应当避免与同类计划/装置重名,否则会带来不必要的混乱。如果是缩写或简称,同名尚情有可原,可是“启明星”根本不是一个简称或者缩写,自由度很大,为什么偏偏要跟一台比你资格老的、该领域中唯一的另外一台同样功能的装置同名?

我个人的猜测是,我们取名的时候不知道法国的装置,虽然这也非常不应该,但是公道地说,由于继承了过去的管理体制,原子能院国际交流很不方便,可以理解。但中科院近代物理所出国交流长期没有障碍,在进行该方向研究的前提下,不知道该装置说不过去。如果对别人的研究和进展一点不了解,怎么知道我们说的重大成就,不是闭塞视听、闭门造车,不是自我感觉良好的评价?

 

比利时/法国2009年完成的同类装置,其中的堆名Venus就是金星(启明星)

跟大多数人一样,我本人认为国内的ADS计划应该是一个科学计划。既然是科学计划,就应该按照科学的方法和态度来进行,遵守大家都认可的科学规范,包括惯例。科学的评估应当尽量全面、中立。科学的报道应该尊重事实。

可是这次关于“启明星2号”的报道实在不能算是一次科学报道。第一没有任何技术细节,取得什么进展,实现哪些参数一个字没有,只是笼统的一个“实现临界”。作为以亚临界为工作目标的项目,实现临界的成就本身也有些令人费解。“过于先进,无法展示”,实在不是一种科学的描述方式。科学不是不可知论。

考虑到核工业长期地、系统地将片面的“科普”信息传播给大众,这一报道尤其不妥,令人不适。

在我看来,这次报道不是一次科学报道,而是一次营销宣传,一次非常成功的营销。因为:第一,没有任何信息表明这一成就是一次重大的技术突破,前面已有说明;第二,看看各大网站的转载评论,一篇没有实质内容的报导居然能引起一片赞叹膜拜,“男默女泪”,比如天涯这个帖子后面的回帖:

 

 

 

图片来源:http://bbs.tianya.cn/post-worldlook-1759498-1.shtml


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