只有欧洲的比利时和中国有专门的ADS项目,比利时的MYRRHA项目计划在2024年建成一个示范的低功率(5到10万千瓦热功率)ADS,主要用于各种研究。工业发电并没有计划支持,但是讨论的时间表是2040-2050年。中国的计划具体而且激进,计划到2022年完成ADS示范,2030年左右实现工业示范。 那么,计划按时完成的希望大不大呢? 比利时的研究开始比我们早,进展比我们快,但安排的完成时间比我们晚。 2010年美国能源部ADS白皮书中的技术就绪程度评估表,现在已经过去6年多,评估表的结论却没有什么变化,没有哪个框的黄变成绿,红变成黄。作为一个基础中子学研究装置,启明星2涉及的技术没有出现在ADS关键技术就绪程度评估表中。同期近代物理所ADS强流质子超导直线加速器样机研制取得的重大进展,也没有改变评估表的状态。作为关键参数的流强仍然显著低于国际上十几年前已经实现的离子源流强(10毫安对超过100毫安),但该装置在不失束和超导加速注入等方面另有优势。所以,这些成果对于我们来说可以算是进展,但对于ADS技术的整体推进来说,还不能算是重大进展。 根据白皮书的技术评估表,作为第一目标的ADS示范装置,要实现技术上并没有太多困难,只是多项技术的可靠性需要验证。主要参数(中子流强、功率)和2006年在美国橡树岭国家实验室建成的散裂中子源没有多大差别,但是需要解决较长时间的持续运行问题。 这一示范工程和工业应用还有很大的距离,技术上有较大的不确定性。由于ADS投资巨大,而且是难以操作维护的强放射性装置,技术上还不确定,因此可以理解,为什么多数国家持慎重态度。 美国能源部评估后采取的行动,已经表明该技术当时还不成熟。美国的这一技术白皮书政策值得我们借鉴。当有很多科学家提倡一项技术的时候,不是匆匆忙忙启动大项目,而是先多花一点力气评估,评估后确定是否启动。我们一般是只要有几个资深专家院士提倡,国家就直接启动。大型科研项目风险也很大。风险最后都是国家承担。对于提倡的专家们,只有好处没有坏处,最多一句科学允许失败。可是国家经不起太多的投资失败。 其实,即使ADS项目能够克服众多的技术障碍,如期建成,方案本身仍有大量问题很难解决,或者不能接受: 燃耗很低,不容易提高 与传统临界堆不同,ADS的中子倍增系数k严格小于1,一般取0.92~0.98之间。反应堆的功率等于散列中子引起裂变的功率乘以一个倍增系数1/(1-k)。如果k=0.98,功率放大50倍,k=0.95,放大20倍。也就是如果k从0.98降到0.95,反应堆的功率将降低到原来的40%。这时候燃料的燃耗只有约3%,还不到一般二代堆的燃耗。要维持反应堆功率,只能提高第一代裂变功率,也就是散裂中子功率,即加速器功率。问题是加速器功率本来就是瓶颈,要实现一定燃耗下的功率稳定,没有那么大的加速器功率余量可用。即使有了上面例子中需要的2.5倍功率余量,燃耗还不到区区3%(27百万千瓦天每吨重金属,GWD/tHM,低于二代堆33-40GWD/tHM)。 随燃耗上升,裂变产物增加,不裂变的元素浓度增加,中子吸收增加,能谱软化,反应性降低。保持反应性需要就只能降低燃耗,频繁换料,并后处理。频繁后处理是做不到的,因为燃料下线后必须有很长的冷却时间,否则放射性太强。 注:传统临界堆中,燃料开始的反应性有剩余(也就是超临界的,这也是被质疑的一个原因),需要用控制棒降低反应性。随着燃耗的增加,控制棒逐渐退出,再加上一些别的调节措施,一直维持中子倍增系数为精确的1。 ADS由于中子谱非常硬,控制棒效果有限,一般不设计控制棒。如果加上控制棒,会带来很多别的问题,如堆芯控制更复杂,高能中子对控制机构的损伤和活化等。 一回路放射性超高 (责任编辑:本港台直播) |