首先,感谢史永谦教授严肃的讨论。非常高兴有从事ADS研究的资深专家对拙文提出批评。学术的事情,本来需要辩论。我同意史永谦先生的很多说法,但是也就具体的分歧澄清如下(蓝色楷体字,其它内容为史原文),并阐明本人的观点: 我平时很少上网,在同事的推荐下,在网上看到北大物理学院雷奕安副教授的一篇“太过先进,无法展示”?!核能新技术ADS真的靠谱吗”的评述性文章,前几句话是“前不久,网络和朋友圈被一条消息刷屏,称中国在核能应用技术上取得重大突破,并且“太过先进,无法展示”。这项技术叫做加速器驱动次临界系统(ADS),我以前关注过,利弊略有了解,知道它还很不成熟,离实际应用很远。刚看到这条消息的第一反应是,又有人搞笑了吧?仔细看过消息和诸多评论之后,感觉非常不舒服,不吐不快”。为此我对雷奕安副教授的评论也有不吐不快的感觉,但没有不舒服。有许多同事劝我不要理会这篇文章的观点,因为有许多是似是而非的,只是有操作之嫌,但我想还是有必要就学术上的某些问题给予澄清,以正视听。 您是说我有炒作之嫌吧?如果质疑就是炒作,那么谁都不可以质疑了吧?非常欢迎您澄清问题并指出我的错误。“以正视听”是应该的,但您那么说让我感觉,您的观点才是“正”的。我认为,可能我们双方都不够“正”,但是讨论本身可以更“正视听”。 在不吐不快之前,首先声明一下,本人才疏学浅,虽然从上个世纪90年代ADS概念提出到目前为止,一直负责、参与我国的ADS次临界反应堆的物理研究,也参加过几次国际间的学术交流和IAEA总部召开的ADS发展现状研讨会,但自己还是深感学术上孤陋寡闻,特别是与反应堆物理以外的其它领域更是如此。比如“太过先进,无法展示”这句话我也无法理解,我问了一些人,他们认为可能是在网上无法显示的插图等问题时,往往会有此类语言出现,现在不对这个词句进行论述,只对有关ADS学术上的某些问题与雷奕安副教授进行探讨,虽然本人对国内外的ADS情况也有所了解,但也是挂一漏万,因为正像雷奕安副教授文章所述“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”。我是原子能研究院的,不对的地方谢谢雷奕安副教授是可以理解的,还请雷奕安副教授批评指正。 1 对雷奕安副教授的评述总的感觉 看完雷奕安副教授的评述文章后,使我印象深刻的是最后一句,即黑体字、又是全篇重点的结论即“核能在安全性、经济性等方面都存在巨大风险。这些风险大多已经被世界各国的研究和商业经历证明。国内片面的宣传和营销并不会降低这些风险。面对强大的公关与宣传,公众应当保持高度警惕”。我认为这就是雷奕安副教授写文章的目的,字面的意思就是核能是存在巨大风险的,ADS也同样如此,我雷奕安副教授真心提请大家注意所报道的ADS相关内容实际上是国内对核能的一种宣传和营销手段,提醒大家不要对国内片面的宣传和营销所欺骗,应当保持高度警惕。高度警惕之后下面的动作就是你们的事情了。至于作者写此文的其它目的我就不好妄加评论了。 您的理解完全正确。我从不反对核科学和核能方面的任何研究,但是反对核能倡导者的片面甚至不实宣传。以专家身份做出的不实宣传,会造成公众和决策层对相关技术认知失真,从而导致风险巨大的重大决策,最后由国家和人民来承担损失。“太过先进,无法展示”的宣传效果太好,可以用核废料发电的说法也太振奋人心,而据我所知,ADS并没有那么神奇,因此我觉得有必要做出澄清。除此之外我也没有别的目的。 2 对雷奕安副教授的评述文章学术观点的看法 雷文在“。。。感觉非常不舒服,不吐不快。”之后的一段是: 先简单介绍一些相关概念: 加速器驱动次临界系统(ADS) 目前说到核能一般是裂变核能。只要有中子,就能诱发裂变(自发裂变的可能性很低)。一般反应堆依靠自己裂变产生的中子临界运行,依靠控制裂变燃料的浓度,几何形状等,保证用掉一个中子正好产生出一个可以再次引起裂变的中子。如果不小心多了一点,中子就会越来越多,导致反应失控,这就是超临界。一般还利用温度高低、气泡多少、控制棒等控制链式反应。但一般临界到超临界的余量很小。次临界系统就是不到临界状态运行,一次裂变产生的有效下一代中子数少于1,能够保证反应堆不超临界。但这样,裂变反应无法自持,因此需要一个比较大的中子源提供第一代中子。加速器产生的高能质子打到重的原子核上,能把核内的很多中子打出来。这些中子能量高,诱发裂变能力强。这就是加速器驱动次临界系统的概念。 (1) 这里我也先介绍一下我所知道的裂变核能的相关概念: 正像雷奕安副教授所述的“目前说到核能一般是裂变核能”。因为核能还应包括聚变核能。聚变核能国际上,包括我国还在投入大量人力、物力研究中,不是十年、八年能够应用的。而裂变能技术比较成熟,裂变能的装置为反应堆,在半个多世纪的发展中,提出、研究并建成了各种类型的反应堆。反应堆分类有很多种,按其功能可分为动力堆、生产堆、研究堆;按反应堆内的中子能量大小分为热中子反应堆、中能中子反应堆和快中子反应堆;按慢化剂分为轻水反应堆、重水反应堆、石墨反应堆等;按冷却剂不同分为水冷却反应堆、金属液体冷却反应堆、高温气体冷却反应堆等等。 反应堆工作靠中子来进行的,反应堆内的中子,一边产生,一边消失。消失的中子是通过跑出反应堆(反应堆称为泄漏中子)和被反应堆内的材料吸收。产生中子是由于当一个中子被反应堆堆内核燃料吸收后会裂变,裂变时除释放出核能量外,还会放出多于一个中子,如铀-235每次裂变可放出2个多中子,裂变中子放出的这些中子,除有一个要维持被核燃料吸收再裂变外,其它的中子就被泄漏和吸收而消失。当产生的中子数与消失的中子数相等时,即它们的比值k等于1(k称为中子有效倍增因子),称反应堆为临界状态即反应堆可以维持自持裂变反应(不需要外中子源),当产生的中子数小于消失的中子数时,它们的比值k小于1,称反应堆为次临界状态,当产生的中子数大于消失的中子数时,它们的比值k大于1,称反应堆为超临界状态。因此反应堆可以运行在次临界、临界和超临界三种状态。 第一种情况反应堆是次临界,反应堆要在次临界(k小于1)状态运行,必须靠外中子源来驱动,即靠外中子源放出的中子数来补偿消失的中子数。如果没有中子源来驱动,则一旦取出中子源或中子源不工作,则经过一定时间后,反应堆内就没有中子,反应堆内核材料就不能裂变,即反应堆停止运行; 第二种情况反应堆是临界,反应堆临界运行状态首先是从次临界状态过渡到临界状态的,在过渡时,是通过措施使产生更多的中子数(增加核燃料量)或减少消失的中子数(减少吸收中子的材料或增加反应堆体积等),这样反应堆内产生的中子数逐渐增加,而消失的中子数逐渐减少,最后使产生的中子数与消失的中子数相等时,达到中子平衡即它们的比值k=1,处于临界状态。但在反应堆从次临界到临界的过渡期间,反应堆次临界状态或次临界度是逐渐变化的,这时也必须靠外中子源以维持某个次临界状态(外中子源又称为点火中子源),否则中子数是不稳定的,会逐渐减少直到为零。其次是反应堆临界后(取出外中子源或外中子源的中子对反应堆内的总中子数的贡献可以忽略),要维持反应堆在临界状态运行,这时必须靠控制手段使中子数维持在一定的数量(中子数与反应堆的功率水平有关,中子数越多,反应堆的功率越高)。在临界状态运行时,如果由于某种原因(如核燃料的燃耗)反应堆内中子数比要求的中子数少了(k小于1,反应堆要过渡到次临界状态),就要采取措施,增加中子数不使反应堆进入到次临界状态;如果反应堆内中子数比要求的多了(k大于1,反应堆要过渡到超临界状态),就要采取措施,减少中子数不使反应堆进入到超临界状态。这就是说临界反应堆是可以控制的,即控制反应堆内中子数的多少并维持所要求的中子数水平(要求反应堆的功率); 第三种情况反应堆是超临界的。反应堆超临界又分为缓发超临界和瞬发超临界两种。 缓发超临界状态是可以控制的。在某个功率下临界状态运行的反应堆,如果要提高反应堆的功率,就是使临界运行反应堆内的中子数增加,这时就必须采取措施,使反应堆内产生的中子数大于消失的中子数(反应堆处于超临界)。当它们的k值大于1,而小于1+βeff时,这时反应堆的状态称为缓发超临界状态。βeff这个量称为缓发中子有效份额,这是由于裂变核在裂变时放出的中子有早放出的中子和晚放出的中子两种情况,早放出的中子(约在10-17秒内)称为瞬发中子,它们的能量较高约在MeV量级,它们的数量较大,裂变时约99%以上都是瞬发中子,而晚放出的中子(0.几秒到几百秒)称为缓发中子,它们的能量比瞬发中子能量低(约KeV量级),它们的数量小于1%,晚放出的中子这个数值定义为β,称为缓发中子份额。由于缓发中子与瞬发中子能量不同,所以它们对裂变的贡献不一样,就引入缓发中子有效份额βeff;对不同的裂变核有不同的β值。如铀-235裂变,瞬发中子有99.35%。而缓发中子即β值为0.65%,而钚-239裂变,瞬发中子有99.79%。而缓发中子即β值为0.21%。由于反应堆内具有瞬发中子和缓发中子,缓发中子出现的时间迟,使得反应堆内总的中子在反应堆内的寿命变长,得以反应堆内产生的中子数和消失的中子数可以控制。
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