核能发展的再研究

主讲2016.11.8我国核能发展的再研究2020年3月22日10时25分2核能发展历史核能发展现状核能发展未来2020年3月22日10时25分No.3核能发展历史1902年居里夫人经过4年的艰辛努力又发现了放射性元素镭。1905年爱因斯坦提出质能转换公式。1935年英国物理学家查德威克发现了中子。1938年德国哈恩发现铀裂变。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验，并称裂变过程要放出大量能量。1942年12月2日，美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。1943年1月－1945年7月奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制且7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。1951年12月美国实验增殖堆1号首次利用核能发电。1957年苏联建成了世界上第一座核电站—奥布灵斯克核电站。2020年3月22日10时25分No.4核能发展历史1949年5月19日中国科学院近代物理研究所成立。1955年1月15日在中共中央书记处扩大会议上，毛泽东主席作出了重大战略决策——发展中国原子能工业。1958—1960.7苏联援助建成了湖南和江西的铀矿、包头核燃料棒工厂及酒泉研制基地、新疆的核实验场，中国正式进入了核工业建设和研制核武器的新阶段。1958年9月我国第一座实验性重水反应堆和回旋加速器在中国科学院原子能研究所建成。1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸试验成功。1967年6月17日我国第一颗氢弹爆炸试验成功。1991年12月15日我国自行设计、建造的浙江秦山30万千瓦核电站成功并网发电，从而结束了我国大陆无核电的历史。2020年3月22日10时25分No.5核能发展现状中国大陆核电厂分布图（截至2016.8.13）2020年3月22日10时25分No.6核能发展现状2015年我国核电发电量为1,689.93亿千瓦时，同比增长29.42%，占全国发电总量的3.01%。截至2016年7月12日，我国投入商业运行的核电机组共29台，处在调试期2台，商运总装机容量2748.74万千瓦，调试总装机容量216.6万千瓦。2016年开始的第十三个五年计划中，以每年6～8座的速度新建核电站，到2020年之前，发电能力将提高至5800万千瓦，增至2014年底的3倍;到“十三五规划”全面落实的2030年，中国预计将有110座以上的核电站投入运行。2020年3月22日10时25分No.7核能发展现状核电技术问题核电燃料问题核废料处理问题2020年3月22日10时25分No.8核电技术初期以引进法国阿海珐M310技术。吸收M310自主开发的CNP系列核技术。AES-91是俄罗斯压水堆技术，单机容量106万千瓦。Candu6加拿大重水堆技术。ACPR1000是中广核推出的中国改进型百万千瓦级压水堆核电技术。运行核电机组堆型2020年3月22日10时25分No.9核电技术AP1000中核引进美国西屋三代核技术。EPR中广核引进法国阿海珐和德国西门子共同开发的三代核技术。ACP1000中核以CNP600为基础借鉴AP1000研发的二代半核技术。HL1000中核ACP1000和中广核ACPR1000+两种技术的融合，被称为“我国自主研发的三代核电技术路线”。在建核电机组堆型2020年3月22日10时25分No.10核电技术CAP1400型压水堆核电机组是国家核电技术公司在引进的第三代先进核电AP1000非能动技术的基础上，通过再创新开发出具有我国自主知识产权、功率更大先进压水堆核电技术，也是最大的非能动压水堆核电站。在华龙一号和CAP1400以及后续堆型的相继研发完全可以支撑中国核工业未来的建设和发展。2020年3月22日10时25分No.11核燃料我国核电规模及天然铀其需求量预测截至2011年1月1号，世界回收成本低于260美元/kgU的查明资源为709.66万t，待查明铀矿资源为1042.91万t。我国“十一五”新探明10多个大型铀矿床，圈定铀成矿区带49，各类铀矿预测区320余个，预测铀矿资源量210多万吨。海外铀矿资源开发和采购，中核和中广核控制海外铀矿资源总量超过40万t。2020年3月22日10时25分No.12核燃料中国目前正在实施的核电用天然铀保障计划，主要依靠国内矿山的生产、国际市场采购和海外资源开发。国内矿山受硬岩资源条件限制，大幅提高产量有一定难度。年份202020252030国内产能预计400050005500中核/纳米，蒙古，泥泊尔90011001100中广核/纳米，哈萨克350055006500合计产量84001160013100天然铀需求110001850024000缺口-2600-6900-10900我国天然铀供应预测（t）我国在哈萨克斯坦、尼日尔、纳米比亚有在产和在建的铀矿，预计建成达产后能够满足部分天然铀需求。通过已经签订的国际贸易采购合同。这三者结合起来完全可以满足近期国内的天然铀需求。2020年3月22日10时25分No.13核废料核废料，是指带有放射性的废料。核军工生产，包括冷战时期的军用核材料生产，各种军用核设施的运行和核武器试验；民用核活动，核电生产为主。高放废料主要来源于核电站燃烧后的核燃料，一般称为乏燃料。这些乏燃料由于在核电站堆芯中发生了裂变反应，具有很强的放射性。中低放废料则包括所有没有被列为高放废料的核废料，它主要来源于核电站使用过的工作服、手套、废弃退役的仪器设备，核燃料生产加工产生的废料和医院废弃的放射医疗设备等。类型体积份额放射性份额高放废料~3%~95%中低放废料~97%~5%核废料成分2020年3月22日10时25分No.14核废料核废料中大部分属于中低放废料，这些核废料放射性强度不高，危害较低。通行的做法是将其装入特质的容器，运到具有专门辐射防护工程屏障的处理厂，进行地下掩埋或焚烧。目前我国已经建成两个中低放废料处理场，北龙中低放处置场位于广东省大亚湾附近，另外一个则建在甘肃省。高放废料总量很少，只占核废料总量的约3%。却包含有约95%的放射性，而且半衰期长达几十万年，含有多种对人体危害极大的高放射性元素，包括铀，钚，次锕系元素和裂变产物。类型使用前使用后铀100%（富集度4.20%）93.4%（富集度0.71%）钚0.00%1.27%次啊系元素0.00%0.14%裂变产物0.00%5.15%核燃料成分表2020年3月22日10时25分No.15核废料钚是由于铀原子吸收中子但没有发生裂变反应而产生。次锕系元素是由核燃料中的铀原子吸收中子后没有发生裂变反应而产生的新元素。裂变产物，包括锶-90，铯-137和碘-131等，这些元素都具有较强的。放射性性，直接接触或吸入体内，会对人体器官造成伤害。2020年3月22日10时25分No.16核废料“直接处置”法是指将从核电站乏燃料水池中取出的核废料，直接进行封装固化，进行然后深地填埋。这种方法操作简单，而且可以防止核扩散。“再处理”法是指将乏燃料进行后处理，把其中可以回收利用的元素如铀、钚等提取出来，进行再利用，剩下的次錒系元素和裂变产物，再固化封装，进行最终处理。2020年3月22日10时25分No.17核废料一座1000MWe核电厂每年产生约25t乏燃料,310t中放废物和460t低放废物。我国目前高放废料存量14年约1500吨，15年22个核电机组产生600t乏燃料，预计2020年5800万千瓦将产生1500t乏燃料，乏燃料累计约1万t。150公斤乏燃料要想达到排放标准，需长江100年的水流量来稀释。2020年3月22日10时25分No.18核废料秦山核电站投运30余年的，其暂存库已是强弩之末。据媒体报道，2015年是秦山核电站中低放固体废物暂存库满容的“大限”，但计划中的华东中低放废物处置场仍选址未定。针对这个问题，秦山核电站正在建造乏燃料干式贮存设施，以延长乏燃料在厂区内的暂存时间。大亚湾核电厂乏燃料水池已经饱和，2013年6月开始，大亚湾核电站只能将乏燃料转运至岭澳核电站处理。田湾核电站也存在类似问题，预计在2016年第9次换料大修之后，将达到乏燃料水池存放上限。全球核废料处理50.12万美元／吨的平均成本，处置资金将是一个天文数字。2020年3月22日10时25分No.19核废料2006年，制定了一个三阶段的策略：到2020年选择处置库的场址，建成地下实验室；从2020年到2040年依托地下实验室，开展现场实验；2040年开始建造处置库，到2050年建成处置库。届时可以接收核废物，开始正式运行。2010年，中国核工业集团和法国阿海珐集团签署协议，计划在中国西北地区建设一座年处理规模达到800吨的乏燃料后处理基地，工程造价预计达到2000亿人民币。2011年，中国科学院启动了“创新2020”战略性先导科技专项“先进核裂变能—ADS嬗变系统”，计划投入数十亿人民币开展核废料嬗变处理的研究。2015年，中核集团宣布由中法两国合作建设的核循环项目将于2020年开工，2030年左右建成。2020年3月22日10时25分No.20核能发展的未来我国核能的大规模发展，面临着三方面的严重挑战：铀资源的安全保障铀资源的高效利用高放乏燃料的最终处置我国通过实施“国内生产，海外开发，国际贸易”三条渠道并举的天然铀保障体系，铀资源的供给问题不会成为我国核能发展的因素。在这种背景，快堆，分离—嬗变等技术的发展更应结合我国乏燃料的最终处理问题。快堆属于第四代先进核能系统，我国首先发展的是钠冷快堆。2020年3月22日10时25分No.21核能发展的未来原理：用快中子引起的裂变式反应增值核燃料，充分利用核资:增值比大于1消耗的238U(99.2％)铀资源利用率从1％~2％提高到60％~70％裂变和嬗变长寿命高放废物，减少储存风险乏燃料中含有MA（30~40万年）和LLFP（3~4百万年）MA可裂变成一般裂变产物（300~400年）1座1000~1500MWe大型快堆可嬗变5~10等功率压水堆的MA废物2020年3月22日10时25分No.22核能发展的未来基础研究阶段1965—1987开始组织50人研究团队截至1986建成约12台套实验装置和钠回路工程目标应用研究阶段1987—1993纳入国家“863”计划原子能院主持组成500余人团队建成约20台套具有一定规模的试验装置和试验钠回路工程开发和设计实验验证阶段1990—20151992国务院批准65MWe2010年7月21首次临界2011年7月21—22日并网24小时2020年3月22日10时25分No.23核能发展的未来截至2014年12月18日中国实验快堆已经累计并网运行438小时，发电量超过300万度，上网电量超过180万度预计在2015年上半年完成第一阶段全部试验内容2020年3月22日10时25分No.24核能发展的未来钠冷快堆第二步（600MWe)：2017开始建造600MWe中国示范快堆CFR600CFR600预计2023年建成运行2028年推广到5座钠冷快堆第三步(1000—1200MWe)：2023开始建造1000MWe中国示范快堆CFR1000CFR1000预计2028年建成2020年3月22日10时25分No.25我国核电的发展势头迅猛但存在的问题不少，应该做到全方位的考虑，制定相应的政策法规,积极促进核电产业市场化,统筹规划核电的发展，加速自主化国有化进程，提高核电的经济性。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。