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与雷奕安副教授关于核能新技术ADS靠谱与否的讨论

发布时间:2017-3-3 09:49 原作者:史永谦   来自: 科学网_博客



由于丁大钊院士去世,于2004年科技部任命赵志祥为首席科学家,在各课题共同努力下,20051030日以优异成绩通过了973”专家组的验收。专家组对ADS给予了极大关注,并建议除在国家其它领域对ADS支持外,下一个5年的973”计划应继续给予支持。

2007年科技部继续支持ADS研究,设立嬗变核废物的加速器驱动次临界系统关键技术研究(项目编号:2007CB200900)项目。项目下设6个课题,包括加速器驱动次临界嬗变系统物理热工技术基础研究、次临界中子学研究、ADS专用数据库完善和检验、束流损失控制的关键技术研究、ADS-堆耦合部件材料预研、干法后处理预研等。目前中国科学院又启动了“战略先导科技专项”,以中国科学院詹文龙院士为首席科学家的研究团队,已经开始实施工程设计和前期建设阶段,使中国的ADS研究再推向一个新台阶。

1999年开始的第一期ADS系统的反应堆物理基础研究”课题中,提出专门建设一个ADS系统的次临界反应堆物理基础研究装置,丁大钊院士与反应堆实验物理学家罗璋琳教授研究认为,根据反应堆物理研究室的惯例,每建成一种类型的反应堆实验平台,就要有一个名称,从1959年开始就有东风(DF)系列,先后有DF-1零功率反应堆,DF-2零功率反应堆,DF-3零功率反应堆,DF-4零功率反应堆等,而DF系列为临界系列,ADS反应堆是次临界,今后还要建设一系列ADS次临界反应堆实验平台,它又是一个新的核能概念,是将几十年核研究领域中的两大创举加速器和反应堆结合起来,是裂变核能的新亮点,所以就起名为Venus(启明星),后来IAEA将ADS推荐为第四代核电站的堆型之一。第一个ADS次临界实验平台就起名为Venus-1#(启明星-1#),启明星-1#次临界反应堆是一个快-热耦合的反应堆堆芯结构,其初衷是在快中子能谱区来进行MA的嬗变研究,在热区进行LLFP的嬗变研究。

启明星-1#次临界反应堆建成后,对外源驱动的次临界反应堆特性进行了系统研究,在国内外的科学杂志上发表多篇论文,接待了不少国内外专家学者,IAEA建议将启明星-1#次临界反应堆作为国际的基准装置供大家研究。我国的清华大学、上海交大、西安交大、南华大学等都进行了相关研究。在研究中,发现理论计算的中子有效倍增因子k数值与实验测量的数值有所差别,这种差别无法用计算偏差来解释,也无法用测量的误差来解释,实验者和理论者各坚持自己的观点,因为没有一个统一标准可参考。这就是为什么在中科院的ADS研究中要建立一个标准,即能够达到临界状态(k=1)的实验装置平台。根据中科院的核能先导项目要求,次临界反应堆是一个铅金属冷却的,反应堆堆芯还沿用启明星1#的思想,是一个快-热耦合的堆芯。由于这个实验平台与启明星-1#一样是在原子能研究院的反应堆物理研究室建设,根据反应堆物理研究室惯例,并都是为研究ADS所用,故取名为启明星-2#(Venus-2#).

3)雷文在给出ADS概念后,开始评述ADS的优缺点,有: ADS的优点是第一是次临界,第二是中子能量高,比快堆里的中子还快。快堆能做的事情它都能做,而且做得更好,比如燃烧超铀元素(核废料中最讨厌的那部分),增殖(生产更多核燃料)等。缺点是技术复杂,发电需要的加速器还做不出来,还有一些技术也不知道能不能实现。里面的反应过程远比普通的水堆快堆复杂,基本的理论和实验都还有很多欠缺。

在他的这段评述中,有似是而非的概念,如 燃烧超铀元素(核废料中最讨厌的那部分)这个概念就似是而非。超铀元素并不都是讨厌的,超铀元素包括钚、镎、镅和锔等元素。首先钚就是一种很好的核燃料,其它核素还可以用某些核素辐射β电子特性做为核电池,在航空航天事业中大有作为。在ADS中,实际上嬗变的是无应用价值且半衰期极长的某些少锕核素MA(不包括钚)。

雷文在这段还认为ADS技术复杂、还有一些技术也不知道能不能实现,和基本的理论和实验都还有很多欠缺。该观点就不是科学工作者进行科学研究的态度。因为复杂就打退堂鼓,就不该投入人力和物力,但正因为复杂才要进行研究,任何一种有前途的技术不能因为技术复杂就放弃研究。我不了解雷教授在北京大学教授的是什么物理,也不知道指导的研究生研究的课题什么内容,但我敢肯定教授的和研究的都包括有不成熟的、复杂的待研究的内容。世界上聚变反应的应用其难度之大不能不说是前所未有的,难道就不建设相应的装置了吗?

4)雷文评述ADS的优缺点后,紧接着就评述启明星1号、2号的有关问题即

启明星1号是原子能院研制的,在次临界条件下,一个测不同核燃料构形下中子倍增率的一个装置,2005年建成。同类装置国际上是上世纪四五十年代的重要研究内容,是中子学研究的基础实验装置。

启明星2号没有公开技术信息。我推测是像法国/比利时2009年做的那样,实现了高通量聚变中子源与次临界堆芯的耦合,但从报道上看不出来。推测的理由是,该装置是原子能院和近代物理所联合研制的,原子能院会做堆芯,近代物理所会做加速器。”

12月23号只是一个建成的ADS启明星2号得到临界阶段性的新闻报道,并没有涉及太多的相关内容,按照雷教授的观点是不值得报道的。

按照雷教授的观点,好像2005年建成的启明星1号是国际上四五十年代所建的同类实验装置,落后人家几十年。我在前面的ADS及启明星实验平台的研究背景中已有讨论,我们的东风系列中的DF-1实验装置就是四五十年代建成的反应堆中子学实验装置,不比别人晚,紧接着还陆续为不同目的建成了DF系列装置。启明星1号是专门研究ADS次临界反应堆物理学的装置,它与其它装置不同之处在于堆芯中心加入了较大的靶区,即散裂中子源区。中子源区的大小,中子能量的不同,靶材料的不同等都对反应堆的物理特性有影响,这些情况在反应堆物理研究中是没有碰到过的。再一个特点是快热耦合的堆芯,这也是过去没有碰到必须研究的。

建造启明星2号的目的与启明星1号不同之处也已在前面讨论过,至于聚变中子源与次临界堆芯耦合在启明星1号的研究中已经进行过,不要再推测了。原子能研究院与近代物理所联合研制的启明星2号也不是雷教授推测的分工。联合研制的启明星2号实验平台的功能主要有三个,一是建立一个临界标准(k=1),检验不同数据库和计算方法与实验结果之间的比对,避免启明星1号上理论和实验结果不一样的争论,特别要验证ADS的工程验证装置中实际所用到的金属铅的核数据;其二是验证ADS的工程验证装置中所使用的钨球流动靶特性及其它需要验证的内容,包括开发一些新的检测方法和技术;其三是培养ADS实验人员和运行人员。


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