我國反應(yīng)堆堆芯熔融研究獲重大突破

　　日前，由上海核工院、中核北方核燃料元件有限公司、中國科學(xué)院金屬研究所共同開展的百公斤級反應(yīng)堆原型材料熔融及反應(yīng)試驗(yàn)完成試驗(yàn)裝置研制及首爐超高溫熔融物試驗(yàn)。據(jù)悉，該試驗(yàn)為國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，多項(xiàng)指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平，其成功實(shí)施對于核電廠嚴(yán)重事故研究具有里程碑式意義，并進(jìn)一步驗(yàn)證了國和一號嚴(yán)重事故緩解措施的有效性。

　　上海核工院介紹，此次試驗(yàn)熔融物采用二氧化鈾、二氧化鋯、鐵、鋯等堆芯材料，可真實(shí)反映核反應(yīng)堆原型條件。試驗(yàn)技術(shù)取得多項(xiàng)國際第一：超高溫熔融物試驗(yàn)裝置最大裝料量可達(dá)200kg以上，具備同時熔煉氧化物和金屬的能力，以更好研究堆芯熔融的整體情況；通過合理的電磁感應(yīng)控制和屏蔽技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了對熔煉工質(zhì)的精準(zhǔn)定位加熱，準(zhǔn)確模擬熔融物衰變熱分布；使用二次投料設(shè)備及控制理論首次模擬并真實(shí)反映了堆芯熔化、坍塌過程中的熔融物瞬態(tài)現(xiàn)象，并可對熔融物液面進(jìn)行精確測距定位。

　　據(jù)了解，核電中的嚴(yán)重事故專指核電廠堆芯發(fā)生明顯損傷的事故，簡單而言就是堆芯由于種種原因冷卻不足，在衰變熱的作用下發(fā)生熔化。而一旦堆芯熔化，核燃料棒內(nèi)大量放射性裂變產(chǎn)物將喪失包容而進(jìn)入反應(yīng)堆和安全殼內(nèi)，如若這兩道屏障也發(fā)生失效，則放射性物質(zhì)將進(jìn)入環(huán)境。

　　2011年福島核事故后，反應(yīng)堆堆芯熔化的嚴(yán)重事故迅速成為國際核能界的研究熱點(diǎn)。但是，核反應(yīng)堆嚴(yán)重事故機(jī)理現(xiàn)象復(fù)雜，涉及到多流場、多相變、多種材料組分，特別是堆芯熔融物處于超高溫條件且含有大量鈾材料，試驗(yàn)研究難度極高。

　　此前，試驗(yàn)研究通常采用模擬工質(zhì)代替堆芯原型材料，存在較多局限性，例如無法模擬超高溫的含鈾堆芯熔融物各組分之間的化學(xué)反應(yīng)，而且國際上僅經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）組織開展過百公斤量級的采用堆芯原型材料的熔融物反應(yīng)試驗(yàn)（MASCA項(xiàng)目），由于受當(dāng)時技術(shù)條件限制，試驗(yàn)在加熱、測量等方面的不足，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對試驗(yàn)結(jié)果有較大爭議。并且，由于我國并非OECD成員國，無法獲得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　國和一號作為我國自主研發(fā)、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)壓水堆核電型號，必須攻克這項(xiàng)難關(guān)。據(jù)了解，在國家大型先進(jìn)壓水堆科技重大專項(xiàng)的支持下，上海核工院聯(lián)合國內(nèi)頂尖核工程、材料學(xué)等跨學(xué)科、多專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)和專家，組成了反應(yīng)堆堆芯熔融的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，整體策劃、分步實(shí)施。其中，第一階段課題研究從2009年開始，為后續(xù)原型材料試驗(yàn)積累了充足的技術(shù)儲備。第二階段課題研究從2018年開始，2020年6月8日在國內(nèi)率先完成10公斤級含鈾熔融物熱力學(xué)試驗(yàn)，獲得了評審專家的高度認(rèn)可，為百公斤級熔融物試驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　后續(xù)，研究團(tuán)隊(duì)將利用該試驗(yàn)平臺繼續(xù)開展試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)分析，獲得更多創(chuàng)新成果。（郭禾）

　　轉(zhuǎn)自：中國能源報(bào)

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