5．ELSY满足GENIV四个目标领域八项特定目标分析

欧洲的核科学家们认为，基于铅作冷却剂的固有特性，完全有可能设计出满足 GEN IV四个目标领域八项特定目标的LFR系统。

可持续性

－资源利用。铅是中子吸收和慢化非常小的冷却剂，即使堆芯有大量冷却剂，仍有可能保持快中子通量，有效的利用过多的中子，降低铀的比耗量。

－废物最少与废物管理。快中子通量可显著减少废物的产生，钚在闭环中再循环是GEN IV承认的废物最少化条件。LFR系统安全再循环销毁燃料内微量锕系元素的能力增加了LFR系统的吸引力。

经济

－寿期循环成本。LFR成本优势包括基建成本低、建造周期短和燃料与生产成本低；经济地利用MOX燃料，因能谱更硬，会比SFR更好。

熔铅有良好的特性，与SFR设计比，有可能显著简化LFR系统，进而降低其隔夜基建成本，是有竞争力核电生产的重要要素。

简单的电厂是减少投资和运行成本的基础。池式、低压主系统配置为电厂简化提供了巨大的潜力。

使用容器内SG单元、随之删除典型钠技术的中间回路，期望为LFR提供发电的竞争力。这种方法有可能，因为不存在铅与水间快速的化学反应，虽然在设计中必须考虑SG传热管断裂事故（即SG内的压力波）。堆内构件的配置将尽可能简单。熔铅的气化可忽略不计，应当允许放宽反应堆上封头气密封的严格要求，并且有可能允许采用简单的燃料转运系统。

通过限制堆芯出口温度，熔铅对主系统候选结构钢材的腐蚀将降到最小。考虑到没有中间回路使热循环降级，而且期望堆芯入口温度400℃左右相当高，有可能采用高效率的水-蒸汽超临界循环，也可考虑超临界二氧化碳布雷顿循环能量转换系统。

－资本风险。大-中型电厂系统，容器内设备可拆出/可更换的潜质，降低了投资风险。

安全可靠性

－运行的安全可靠性将是优异的。熔铅有主系统低压（大气压）运行的优势。还可预期操作人员的剂量很小，因为铅的气化分压很小，对裂变产物有很强的捕获能力，并且对伽马辐射高屏蔽。在偶然性空气侵入情况下，特别是换料期间，向铅注入氢气能减少任何铅氧化物生成，保证反应堆安全运行。

堆芯入口和出口温度间的ΔT适度，降低了瞬态期间的热应力，而堆芯出口温度相当低，使钢结构中的蠕变效应最小。

－堆芯损坏的可能性和程度小。有可能设计比钠冷堆的燃料棒空间距更宽的燃料组件，而这使冷却剂的份额像水冷堆那么大；尽管铅的密度很大，仍使通过堆芯的压力损失适度，只有1巴；借助自然循环连带地提供了热排出能力，而且将主泵安装在热收集井内创新的反应堆布置，在某些方面改善了对安全的影响。

铅允许高水平的自然循环，使运行时限的严格要求很少，并且简化了控制保护系统。

在反应堆容器泄漏的情况下，可设计得三个冷却剂液位保持某个水平，保证冷却剂贯穿始终地循环，安全地从堆芯排出余热。任何泄漏的铅立即凝固，没有显著的化学反应影响周围设备或构筑物的运行或工作性能。

－不需要场外应急响应。用铅做冷却剂，燃料弥散比密实更占优势，防止严重的重返临界；在假想的燃料损坏事件中，冷却剂的密度高于氧化物燃料或低密度的金属燃料，而且自然对流地流动，不允许燃料聚集随后形成二次临界质量。

防扩散能力和实体保卫

－对武器用材料转化无诱人的途径。使用含MA的MOX燃料加强了防扩散能力；使用的冷却剂与空气和水化学相容，而且在环境压力以下运行。

－实体保卫。火灾蔓延的风险很小，而且有非能动安全功能，降低了对付破坏行动引发灾难性事件风险坚固防护的需要。没有可信的安全壳显著增压的情景。

LFR 性能优势概要见表7。

表7 相对于GENIV四个目标领域和八个目标LFR的潜在性能

6．结论

目前欧共体内明确开发的GEN IV核能系统是SFR和LFR两种快堆。SFR是法国项目，LFR目前仍在欧洲原子能共同体核能研究范畴内，到2009年会有建与不建的明确结论意见。两种堆型同时在欧洲内展开，比较是不可避免的。

SFR发展最早，技术上最成熟，暴露出的问题人所共知。东方国家有人曾称之“跛脚鸭”，西方国家有人断定“新的钠冷系统或许不可能变得经济，并且目前至少在大多数欧洲国家没有可接受的现实”，致使法国原子能委员会的专家叹息在欧共体内SFR受到漠视，“似乎在这个领域的任何新项目建议，都必须与某种不那么紧迫的认识作战”。希望“最近美国宣布的倡议可能有助于重新认识在这个领域欧洲的战略”。

到目前为止，除美国的先进SFR概念外（见图17），法国新SFR的概念还没有完全透露，但不防碍以两种不同的冷却剂，对两种堆型得出初步的结论：

－一切外部条件完全相同，包括SFR的二回路系统使用氦气超临界布雷顿循环、能够省略标志性的中间回路，铅的最大优势是基础“茁壮”，对外部环境、工业基础条件和技术要求有更广泛的适应性，相比之下更容易推广采用，特别是对工业基础和核科学技术条件还不太雄厚的发展中国家。

－铅有更大的发展潜力，可以随着材料技术的发展，提高冷却剂温度，提供多种非电产品，特别是制氢，为交通运输业提供无环境污染的燃料。

－铅作为一种高沸点冷却剂所带来的协调作用，不可低估：中子经济、低压系统，安全、简化、经济、防扩散能力等。在ADS研究中发现铅具有吸附和抑制裂变产物、特别是某些易挥发裂变产物的能力，可将核电厂对外环境的影响降到最小，从基本上消除核电厂场外应急的需要。

－铅是一种有待开发的新颖冷却剂，不但可用于裂变堆，而且很可能用作聚变堆，还可能有其它的优势有待挖掘。

图17 美国先进钠冷快堆

此外，欧洲发展铅冷技术的经验和教训还具有以下的启示：

－ADS或许有独特的优势而不可或缺，但不可能、也没有必要大发展。未来的核裂变“能源公园”的“常客”有热堆和快堆就可以了。这是一种非常经济、协调的双层结构。

－中国应当尽早建设大型的国家级的铅技术实验室，为部署铅冷快堆和聚变堆早作基础性技术准备。引进先进技术，可使自己少走些弯路。但我国核能多年实施的经验说明，“先进技术”永远引进不完，基础性研究不可或缺。

马克思的名言值得认真体味：“删除枝叶的人，得不到花果”。