ELSY-铅冷系统 欧盟放射性废物管理核心技术嬗变，突出次临界ADS战略，开发先进快堆技术是个敏感、但又绕不开的话题。在关键领域开展了相当多的研究工作，如MA含量高的无铀燃料，使用重金属做靶件/冷却剂材料有关的材料和技术生效，其成果也适用于临界系统。多年来集中在ADS的结果是越来越多的人将ADS看作销毁MA的临时性选择，对嬗变的主要兴趣似乎返回到临界快堆。
06年3月，法国核科学家在会议上明确提出，应当为ADS战略同其它战略、特别是在GEN IV（而且也在GNEP）框架内广泛促进的临界快堆战略比较提供坚实的基础。欧洲在以临界快堆为基础的嬗变活动方面缺少贡献。因此，对于不同的项目采用不同水平的资源，不同水平的工业和R&D组织参与的不同项目应当“梳理”进气冷堆和液态金属（主要是重金属）冷却的反应堆两条主线。国际上多数专家认为，P&T的目标应当“收敛”进入GEN IV表述的未来可持续与废物最小化系统更综合的目标之内。
国际环境和内部专家的多次建议，促使欧盟从2006年9月开始将ELSY破格地列入即将结束的FP6规划。但从属与P&T研究，费用不到“欧盟嬗变”的1/10。
欧盟开发LFR有独到的优势。欧洲有强大的铅技术科研实验设施，在执行ADS战略中各个科研机构进行过并且还在进行铅和铅合金技术开发，有GIF、SFR、BREST项目研究以及俄罗斯合作项目的支持。
ELSY项目的总体目标是研究快堆嬗变核废物的潜质并评价其优势和缺点，免除灾难性核事故和场外应急，永远不需要场外居民撤离，比SFR、甚至轻水堆（LWR）更经济，效率更高，环境更兼容。
ELSY在FP6研究末期列入研究规划，也是核嬗变技术的自然发展和中间成果。在国际核科学界看来，ELSY将概括欧洲铅与铅合金研究的成果，是欧洲对Gen IV倡议的贡献。从表5可以看出ADS和ELSY的继承和发展关系。 表 5.
XT-ADS、EFIT 和 ELSY 主要设计特征 原先参与发起倡议的美国洛仑兹利物摩尔国家实验室（LLNL），在欧盟决定实施ELSY研究项目、建立国际财团支持这个项目时，受美国能源部的制肘，通知欧盟退出合作。但表示将继续与欧盟的ELSY项目保持接触。她看出了ELSY项目的门道：“开发一个嬗变废物的LFR，计划在今后两年内进行足够详细的ELSY概念设计，成本估算由两个商业公司独立地进行。以成本估算的结果为依据，2008年内即可做出着手进一步开发和建造的决定”。“┅┅反应堆设计参数的选定受尽早验证经济上有吸引力系统目的驱使，使温度的选择与冷却剂边界和燃料包壳已经有效的材料相容。如果这个项目着手建造，将成为与GIF联系和继续合作的重点”。“项目的最初两年集中于验证LFR成本低于SFR甚至低于LWR的设计技术可行性。如果相对于SFR成功地实现了成本竞争力，该项目将考虑一个试验验证装置并且可由工业和商业投资者大量筹措资金继续开发。尽管功率水平可能相当小，仍可将ELSY视为依靠法国原子能委员会（CEA）正在开发的新SFR、而非法国的欧洲快堆”。 意大利和Ansaldo核工程公司 在ELSY项目发起组织中，意大利的科研和工业组织最多；项目的协调单位是意大利核工程公司Ansaldo Nucleare SpA，而不是某个科研机构，也很特别。
意大利曾经是民用核电的前驱，切尔诺贝利事故后公民投票停止了运行的核电机组、停建了即将建成的核电项目，留下一个烂摊子。目前国内电力生产能力不足，进口电力占16％，而且主要来自法国的核电。意大利的电价比欧盟平均电价高45％。意大利是唯一没有自己核电的G8国家，也是世界最大的电力净输入国。
近年来国内的舆论有好转，意大利政府开始与国外协商联合建设核电站，但与法国电力公司（EDF）协议共建 Flamanville 3＃欧洲压水堆型机组(1650 MWe)后两年，又招拒绝。现在，意大利投资斯洛伐克的Bohunice和Mochovce 核电厂，以取得用电权。
意大利是ELSY项目的最大支持者。据说项目总须筹资716万欧元，欧盟赞助295万欧元，其余来自意大利。
Ansaldo是1966年意大利为发展核电建立的核设备供应商，曾代表意大利参与法国-意大利联合投资建设的超凤凰快堆设计与建造，现正从事罗马尼亚重水堆核电站建设，也参加新堆的国际R&D项目，包括IRIS(与西屋合作设计模块式安全反应堆系统)和欧共体项目。Ansaldo是欧盟ADS项目主设备设计承包商，因曾参加超凤凰设计，它设计的ADS和快堆系统有很大的共性（见图13）。看来，液态金属冷却池式快堆，主容器和主设备布置不会有很大的差别。如果钠冷快堆采用革命性措施取消标志性的中间回路，SFR和LFR的差别就在于冷却剂了。
目前Ansaldo Nucleare SpA承担ELSY项目总协调责任，但欧盟提供的资金不到合格费用（Eligible Costs）的一半。而且还要意大利政府提供资金建设两个大型的纯铅回路COD（设备研制）和ISA-RP(circuito di Interazione
Sodio Acqua –Riqualificato a Piombo)，看来100－200MWe的LFR示范R&D样机很可能在意大利。那么大型LFR的原型堆落脚何处，至今还没有明确的说法。 H．U．怀德 在ELSY项目演进过程中，总体技术（WP1）领导人H.怀德博士是个值得注意的人物。他是欧盟LFR项目首席科学家，参加了2000年5月美国能源部发起的百名核能和核科学专题讨论会，是美国和欧盟GEN IV技术合作项目的负责人。
H.怀德博士曾长期在美国阿贡国家实验室（ANL）从事SFR安全和实验分析研究，后来在欧盟联合研究中心/能源研究所(JRC/IE)领导先进堆（包括轻水堆、甚高温反应堆和ADS）安全分析和研究。在欧洲，他最早关注铅技术和铅冷快堆，发表过很多专题文章，力主欧洲发展铅冷快堆。他的技术观点很多体现在ELSY项目的总体设计中。要了解欧洲铅冷快堆，了解其技术优势，H.怀德博士与其伙伴公开发表的文章很值得研究。
本文在附录中列出了H.怀德博士与其同事在网上公开发表文章的目录。
4．ELSY生命力R&D ELSY项目的总体目标是通过评价铅合金冷却剂领域内现有知识基础以便将其外推到纯铅的分析性研究工作的辅助，设计一个创新的铅冷快堆。这种分析性研究工作将用有限的几个R&D项目加以补充，以获得对于ELSY的主要课题所缺少或证实性的、欧洲ADS规划或其它课题还不足以覆盖的信息。因此，暂不考虑远期发展规划，以2018年的100-200MWe R&D示范样机和(2013-2023)大型LFR原型系统为目标，ELSY生命力R&D项目不多，但非常关键。 铅技术和材料 ELSY以纯铅冷却剂为目标，是对俄罗斯铅冷技术的创新和发展。LBE技术对纯铅的适用性是个有争议开发课题。俄罗斯奥布宁斯克研究所的科学家主张逐步过渡方案，也许有某种玄机，从LBE到纯铅的过渡过程必然受到全世界核科学家的关注。问题在于铋的关键作用或许只在某些或某个过程表现出来，没有经验指导，靠实践中摸索很耗时间。有俄罗斯专家的帮助会顺利、及早认识并设法加以解决。但是，即使最终证明纯铅技术不可行，还要加入铋，甚至回到LBE，仍是个值得追求和探索真理的过程，不影响ELSY项目的生命力。 铅技术开发 ●要开发新的破损燃料探测技术。瑞典皇家技术研究所（KTH）对XT-ADS进行的源项初步分析发现，LBE很可能使破损燃料中的碘呈碘化铅的形式而释放不出来。虽然这有益于降低源项，但使燃料包壳破损探测复杂化。如果不能尽早发现燃料包壳破裂，则堆芯就要设计得能够应付裂变气体释放引起的冷却能力和反应性的冲击，对性能有潜在的负面影响。因此，必须不以释放进入覆盖气体的碘为根据，另行设计可靠的包壳破损探测系统。
●正在根据热-化学文献数据通过计算调研铅和LBE可能释放的锶、铯、碘和Po。所有这些元素与铅/铋形成较少挥发的混合物，在相应的温度范围内保持化学稳定，而且熔解在冷却剂内，通常显示低热力学活性。因此，可以预期比用其它冷却剂反应堆的源项更小。唯一的例外是因蒸汽发生器传热管断裂（SGTR）事故，可能出现高挥发性的氢化物形态的Po。
●欧盟研究中心/能源研究所（JRC-Petten）与德国卡尔斯鲁赫研究所（FZK）合作测量了
●开发在役检查技术和测量仪器（主要是主容器表面，运行在壁外空气中；SG传热管，从管内侧，运行在蒸汽侧）。对于主容器在役检查，有必要开发超声波传感器，运行在相当高的环境（约 铅内热工流体力学 为表征主系统的性能、特别是颁发许可证，需要大规模的综合试验。系统综合实验将复制反应堆池内铅主冷却剂部分循环。通过实验评估正常稳态工况、运行瞬态（如泵系统启动和堆芯功率变化）和事故瞬态（如从强制循环过渡到自然循环）。将用热工流体力学计算进行实验说明，而实验数据将支持瞬态和安全分析模型。 设备开发 LFR发展最具挑战性的设备是主泵和蒸汽发生器（SG）。
磨蚀/腐蚀性环境（高速度铅）运行功能范围和材料（主要是泵转子）需要批准生效。转子镀膜或许是适当的技术解决方案，但目前欧洲没有经验。正在试验有希望备选的材料如MAXTHALR ( Ti3SiC2 )。主系统自然循环的能力消除了核安全级泵的要求，使之更容易开发，而且只要新材料和新技术有效，甚至有可能更换这些泵。小规模试验和最终的全流量、长期运行试验是必要的。
SG是有重要创新特色的设备，即用铅、在超临界循环下，而且安装在反应堆容器内运行。
图 14. SG热传输示意图 欧洲ADS研究，在SGTR事故分析方面得到了某些初步的结果：
－SG传热管出现小泄漏但传热管还没有破裂：设计上有氧探测系统，借助密切监测H2/H2O比调整氧势，该系统有可能探测进入冷却剂的蒸汽，发现泄漏。
－单根SG传热管断裂事件的确不可避免。问题在于单根传热管断裂是否导致断裂蔓延，原型快堆（PFR）实验单根传热管断裂曾导致几十根传热管突然断裂。如果不能排除断裂扩展，多根断裂事件就要升级为常见事件，并且要加以缓解。重要的是精心研究可能的破漏探测方式，规定要求的系统响应。
－在ADS研究中，曾对Ansaldo设计的EFIT进行了不同研究机构(FZK和ENEA-意大利国家科研机构)、不同方法的模拟和分析研究。假定1－5根传热管、甚至6－91根（单台 SG 的全部）传热管断裂，得到了理论和模拟程序计算完全一致的结论：在任何一种情况下，蒸汽都不会进入堆芯区。 表 6. EFIT SGTR事故分析参数 ADS研究中SGTR事故分析发现，传热管断裂造成的冷却剂-水相互作用是高能事件，可能对容器的完整性造成威胁。在EFIT的情况下，注水进入低压主回路导致水闪蒸，可能导致不同的相互作用方式（见图15）。ENEA将进行一整套实验调研水-LBE反作用，进行更加原型的模拟和理论分析。
SG整合在容器内是经济性的关键特征，验证系统承受SG传热管断裂事故的能力是安全性条件。SG传热管高传导性材料如T91的资格证明有益于使SG更紧凑。有必要在足够大规模的SG传热管束条件下试验SG传热管断裂，以便法规生效，并为有效阻尼压力波而不损伤反应堆堆芯，优化SG几何形状的配置。 核岛外其它系统 过去有的专家提出，要防止因二回路管道断裂导致SG内铅凝固。欧洲嬗变研究－MYRRHA/XT-ADS（比利时ADS研究项目）的初步评价得到的结论是，导致容器内热交换器（EXH）即SG内熔铅的凝固层很薄，不可能导致余热排出失效，应当排除。但在EXH设计中，必须评价余热排出系统的可靠性（冗余度，多样性），包括二回路设计。 验证设施 预计2008年ELSY评估的结果，除已知的快谱优势外，特别是美国开发的LBE冷却的小型安全可运输自主反应堆（SSTAR）对于边远社区的经济生命力和ELSY对于中心电站发电的竞争力，应当为促使一个相当大的开发规划创造条件，包括必要的设计步骤和建造一个验证设施。
从那时起，研究计划（图16）将集中于设计一个约100-200MWe的验证设施，能够服务于SSTAR和ELSY项目，生效铅技术和系统总体性能。验证设施将证明，尽最大可能程度地使用简单的解决方案、有效的MOX燃料、典型的材料以及低温运行系统总体战略的正确性，对ELSY特别重要的是将技术性风险降低到最低限度。“Easy”（与ELSY形似但含“简易”之意）的验证设施一旦正确运行，还有赖于容器内设备更换的能力，即将面对更加雄心勃勃的选择（如先进的燃料和新的设备材料）。 图 16. ELSY型电厂三维示意图 此外，欧洲FP6和FP7项目中MEGAPIE-TEST（兆瓦级中间实验装置试验）、EURO-TRANS-DEMETRA（欧洲加速器驱动系统内嬗变高放核废物研究规划-嬗变系统结构材料和液态重金属技术开发与评价）、VELLA（欧洲虚拟实验室）以及与俄罗斯国际科学技术中心（ISTC）的合作项目将对ELSY目标的实现和继续发展提供强有力的支持。
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