中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程

該實(shí)驗(yàn)堆熱功率65MW，試驗(yàn)發(fā)電功率20MW，共分15個(gè)子項(xiàng)、219個(gè)系統(tǒng)。1995年底由有關(guān)部門批準(zhǔn)立項(xiàng)，自1998年10月開始負(fù)挖，2000年5月30日澆灌第一罐混凝土，2000年7月18日，國(guó)家主席江澤民與俄羅斯總統(tǒng)普京出席《中俄兩國(guó)政府關(guān)于在中國(guó)建造和運(yùn)行快中子實(shí)驗(yàn)堆的合作協(xié)議》的簽字儀式，將中俄兩國(guó)的快堆技術(shù)合作推到國(guó)家一級(jí)的新高度。2002年8月核島主廠房封頂，2005年8月11日堆容器首批大型部件吊入反應(yīng)堆大廳安裝。

2010年7月21日上午9時(shí)50分，由中國(guó)原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)的中國(guó)第一座快中子反應(yīng)堆——中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）達(dá)到首次臨界。這是我國(guó)核電領(lǐng)域的重大自主創(chuàng)新成果，意味著我國(guó)第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破。由此，我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握快堆技術(shù)的國(guó)家之一。

2011年7月21日上午10時(shí)，中核集團(tuán)公司總經(jīng)理孫勤宣布“中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆成功實(shí)現(xiàn)首次并網(wǎng)發(fā)電”，現(xiàn)場(chǎng)頓時(shí)掌聲雷動(dòng)，共同慶祝我國(guó)首座快堆成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)、快堆研究中心學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任張華祝，國(guó)防科工局系統(tǒng)二司司長(zhǎng)王敏正，科技部高新技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化司副司長(zhǎng)張志宏，國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)管理委員會(huì)規(guī)劃發(fā)展局副局長(zhǎng)劉玉岐，國(guó)家核安全局副巡視員鞠麗，中核集團(tuán)公司副總經(jīng)理?xiàng)铋L(zhǎng)利、總工程師雷增光、副總工程師田佳樹以及國(guó)家外國(guó)專家局、財(cái)政部、國(guó)家能源局、福建省核電辦公室、北京市電力公司、北京電力建設(shè)公司、房山供電公司和原子能院的領(lǐng)導(dǎo)共同見證了這一激動(dòng)人心的時(shí)刻。

2012年11月，國(guó)家863計(jì)劃重大項(xiàng)目——中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程近日順利通過科技部組織的專家驗(yàn)收。專家認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)快堆的建成，標(biāo)志著我國(guó)核能發(fā)展“壓水堆——快堆——聚變堆”三步走發(fā)展戰(zhàn)略中的關(guān)鍵第二步取得重大突破，也標(biāo)志著我國(guó)在四代核電技術(shù)研發(fā)方面進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。

快堆具有鈾資源利用率高、嬗變核廢料和安全性高的特點(diǎn)，是世界上第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的首選堆型，代表了第四代核能系統(tǒng)的發(fā)展方向。中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆熱設(shè)計(jì)功率65兆瓦，電功率20兆瓦，是世界上為數(shù)不多的大功率、具備發(fā)電功能的實(shí)驗(yàn)快堆，其主要系統(tǒng)設(shè)置和參數(shù)選擇與大型快堆電站相同。

工程總建筑面積43500平方米，包括核島廠房，核島專用廠房，汽輪發(fā)電機(jī)廠房（包括連廊），其中核島廠房建筑面積36000平方米,地下一層，地上十層，東西長(zhǎng)64米，南北寬79.65米，3米厚的筏板坐落于砂卵石層上，筏板底標(biāo)高為-7.7米，反應(yīng)堆大廳頂蓋采用圓形砼拱頂，頂標(biāo)高為57米。整個(gè)廠房均為現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，其筏板砼總量14600平方米，鋼筋2800噸。圍繞建設(shè)中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆的目標(biāo)，中國(guó)原子能科學(xué)研究院在"七五"、"八五"開展了多項(xiàng)課題研究，并于"八五"開始工程設(shè)計(jì)。由于這是國(guó)內(nèi)首次自主研究、設(shè)計(jì)、建造和管理，與國(guó)內(nèi)在建的核電工程相比，技術(shù)更復(fù)雜，管理難度更大。

在試驗(yàn)快堆建設(shè)過程中，以鈉為冷卻劑，首次將非能動(dòng)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)應(yīng)用于快堆，這在國(guó)際上也是首次。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是依靠自然對(duì)流和自然循環(huán)導(dǎo)出余熱，不用閥門和泵，除打開空氣冷卻器風(fēng)門為主動(dòng)動(dòng)作外，其余全部采用非能動(dòng)原理。該系統(tǒng)可以保證在全廠斷電、地震和失水三種最嚴(yán)重的事故狀態(tài)下，將堆芯余熱導(dǎo)，從而保證反應(yīng)堆的安全。 2100433B

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程部是以我國(guó)快堆技術(shù)發(fā)展為研究方向的院直屬單位。它的前身是1987年原國(guó)家科委批準(zhǔn)成立的先進(jìn)核反應(yīng)堆主題辦公室和快中子堆專題辦公室?，F(xiàn)有職工300余人，其中，研究員及研究員級(jí)高級(jí)工程師40余人，副高級(jí)職稱人員近60人，中級(jí)職稱人員140余人?，F(xiàn)任所長(zhǎng)楊紅義，總工程師周培德。

快堆工程部的組織機(jī)構(gòu)由工程管理部門、研究設(shè)計(jì)部門和運(yùn)行科研部門三部分組成。工程管理部門包括：計(jì)劃合同部、建造部、供應(yīng)部、質(zhì)保部、綜合部、財(cái)務(wù)部、設(shè)管部和調(diào)試辦公室；研究設(shè)計(jì)部門包括：理論室、結(jié)構(gòu)室、回路室、自控室和鈉工藝室；運(yùn)行科研部門包括運(yùn)行研究部。

自1987年快堆項(xiàng)目列入“863”計(jì)劃以來，獲省部級(jí)以上科技成果獎(jiǎng)36項(xiàng)，獲各種榮譽(yù)稱號(hào)50余人次?？於秧?xiàng)目的主要研究手段包括：CEFR堆、30多臺(tái)套實(shí)驗(yàn)臺(tái)架、較為完整配套的快堆設(shè)計(jì)、分析軟件等。

快堆工程部所從事的研究工作包括：上世紀(jì)60年代中期開始的基礎(chǔ)技術(shù)研究，建成14臺(tái)套實(shí)驗(yàn)裝置和鈉回路，初步掌握了堆中子學(xué)、熱工水力、鈉工藝技術(shù)、結(jié)構(gòu)材料等基礎(chǔ)研究工作。

1987年，快堆項(xiàng)目納入國(guó)家“863”計(jì)劃，核工業(yè)部撥?？顬榭於鸭夹g(shù)發(fā)展建設(shè)了約18000平方米的快堆研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施，包括綜合實(shí)驗(yàn)樓、鈉工藝、熱工和安全、部件考驗(yàn)和零功率實(shí)驗(yàn)樓等實(shí)驗(yàn)設(shè)施。在“863”計(jì)劃中安排有9大課題61個(gè)子課題，建成約20臺(tái)套實(shí)驗(yàn)裝置和鈉回路，開發(fā)了設(shè)計(jì)計(jì)算程序，為CEFR工程設(shè)計(jì)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。1992年，完成概念設(shè)計(jì)。1995年，委托俄羅斯完成部分系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)。1997年，完成初步設(shè)計(jì)。2005年，完成施工設(shè)計(jì)。1995年12月，CEFR工程立項(xiàng)后，相繼完成了廠址四通一平等一系列前期準(zhǔn)備工作，于2000年5月開工建設(shè)。2008年12月，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆完成全部安裝轉(zhuǎn)入綜合調(diào)試，并計(jì)劃于2009年實(shí)現(xiàn)首次臨界，2010年實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

建成后的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆，將成為我國(guó)快堆技術(shù)研發(fā)的平臺(tái)，在國(guó)家快堆技術(shù)研究、快堆核電站研發(fā)和快堆國(guó)際合作中發(fā)揮重要作用。2009年10月，國(guó)家能源局已批復(fù)在原子能院建立“快堆工程研發(fā)中心”?！?/p>

其發(fā)展戰(zhàn)略是：成為國(guó)家核能發(fā)展戰(zhàn)略研究咨詢中心、中國(guó)示范快堆電站建設(shè)的技術(shù)支持中心、中國(guó)核電裝備制造技術(shù)研發(fā)基地以及國(guó)家先進(jìn)燃料循環(huán)體系的技術(shù)研發(fā)中心。

國(guó)家能源快堆工程研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心總體上是由中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆、中心辦公綜合樓、鈉工藝實(shí)驗(yàn)樓、快堆熱工水力實(shí)驗(yàn)樓、燃料組件實(shí)驗(yàn)樓以及快堆關(guān)鍵設(shè)備實(shí)驗(yàn)樓等組成的設(shè)施功能完備、綜合能力強(qiáng)大的快堆技術(shù)研發(fā)基地。

國(guó)家能源快堆工程研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心的主要任務(wù)是逐步建成快堆先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，開展快堆基礎(chǔ)技術(shù)、工程和應(yīng)用技術(shù)、快堆先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)。其主要研究方向是：在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，加強(qiáng)國(guó)際合作，盡快掌握大型商用快堆電站設(shè)計(jì)建造技術(shù)，縮小我國(guó)與快堆技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的差距；以中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆為平臺(tái)，培養(yǎng)快堆人才隊(duì)伍，積累運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)；加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)解決軟件、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化等技術(shù)。圍繞上述研發(fā)工作推動(dòng)全面掌握擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的快堆核心技術(shù)進(jìn)程，促進(jìn)國(guó)家快堆產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

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在國(guó)際上核燃料這個(gè)工業(yè)里面，我國(guó)是極少數(shù)幾個(gè)能夠形成核燃料循環(huán)的國(guó)家之一，因此來說對(duì)整個(gè)在技術(shù)水平科技水平我國(guó)將既有話語權(quán)，甚至還能起到一定的引導(dǎo)作用。此前法國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、日本、印度等國(guó)掌握動(dòng)力堆乏燃料后處理技術(shù)，我國(guó)進(jìn)而成為世界上第8個(gè)擁有快堆技術(shù)的國(guó)家。1986年863計(jì)劃實(shí)施，開始“快中子增殖堆”課題預(yù)研

1995年12月中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程立項(xiàng)

1997年8月中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆被列為863計(jì)劃重大項(xiàng)目

2000年5月核島澆灌第一罐混凝土

2002年8月核島廠房封頂

2005年8月堆本體安裝開始

2007年6月堆內(nèi)構(gòu)件安裝完成

2007年7月主控室交調(diào)

2007年12月完成模擬組件安裝

2008年12月全廠安裝完成，綜合冷調(diào)開始

2009年3月堆本體氣密性試驗(yàn)完成

2009年4月冷態(tài)調(diào)試結(jié)束，熱態(tài)調(diào)試開始

2009年8月熱態(tài)調(diào)試結(jié)束，具備首次裝料條件

2010年6月首次裝料

2010年7月首次臨界

我國(guó)科學(xué)家近日在核研究上取得了重大技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了核動(dòng)力堆中燃燒后的核燃料鈾钚材料回收，而如果能夠?qū)㈩胁牧显趧?dòng)力堆上實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，意味著在我國(guó)現(xiàn)有核電規(guī)模下，我國(guó)已經(jīng)探明的鈾資源從大約只能使用50到70年變成了足夠用上3000年。

這項(xiàng)技術(shù)的專業(yè)名稱叫“動(dòng)力堆乏燃料后處理技術(shù)”，專家介紹稱核電站發(fā)電是通過核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生裂變反應(yīng)放出能量，和火力發(fā)電站要不斷加煤一樣，當(dāng)核燃料維持不了一定的功率的時(shí)候也需要更換，這些被換下來的核燃料組件就叫做乏燃料，通俗的說，乏燃料類似于火力發(fā)電站中的“煤渣”，但是它又絕對(duì)不是煤渣，而是大寶貝，因?yàn)楫?dāng)年世界的核電技術(shù)下核燃料都只燃燒了3%到4%左右，就維持不了額定功率了，而這些核燃料在燃燒過程中還會(huì)產(chǎn)生新的核燃料。

這個(gè)時(shí)候就需要把核燃料進(jìn)行后處理，也就是通過一些列的化學(xué)過程，把核電站沒有燃燒完的核燃料和新產(chǎn)生的核燃料提取出來，再把這個(gè)燃料制成核電站發(fā)點(diǎn)所需要的燃料元件。循環(huán)利用的原理聽起來簡(jiǎn)單操作卻異常艱難，如何對(duì)這些有極強(qiáng)核輻射對(duì)人體有致命傷害的元器件進(jìn)行剪切、分離、提取、提純等等，每一步都是難題，我國(guó)科學(xué)家經(jīng)過24年的鉆研反復(fù)試驗(yàn)終于突破了全套技術(shù)體系。完全是靠咱們國(guó)家自己自主設(shè)計(jì)、自主建造、自主調(diào)試、自主研發(fā)的設(shè)施，最后一次試驗(yàn)制備出了合格的鈾產(chǎn)品和钚產(chǎn)品，所以說它是成功了。

中微子共有三種，是組成物質(zhì)世界的十二種最基本粒子中性質(zhì)最為特殊，被了解得最少的。它不帶電荷，幾乎不與物質(zhì)相互作用。長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為中微子沒有質(zhì)量，而且跟DNA只有右旋一樣，只存在左旋中微子，從而導(dǎo)致了微觀世界的左右不對(duì)稱。

最近的物理研究表明中微子具有微小的質(zhì)量。1998年，日本的超級(jí)神崗實(shí)驗(yàn)（Super Kamiokande）以確鑿的證據(jù)發(fā)現(xiàn)中微子存在振蕩現(xiàn)象，即一種中微子在飛行中可以變成另一種中微子，使幾十年來令人困惑不解的太陽(yáng)中微子失蹤之迷和大氣中微子反?，F(xiàn)象得到了合理的解釋。中微子發(fā)生振蕩的前提條件就是質(zhì)量不為零和中微子之間存在混合。2001年，加拿大的SNO實(shí)驗(yàn)通過巧妙的設(shè)計(jì)，證實(shí)丟失的太陽(yáng)中微子變成了其它種類的中微子，而三種中微子的總數(shù)并沒有減少。同樣的結(jié)果在KamLAND（反應(yīng)堆）、K2K（加速器）這類人造中微子源的實(shí)驗(yàn)中也被證實(shí)。Super-K實(shí)驗(yàn)與Homestake太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)于2002年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

中微子振蕩的原因是三種中微子的質(zhì)量本征態(tài)與弱作用本征態(tài)之間存在混合。中微子的產(chǎn)生和探測(cè)都是通過弱相互作用，而傳播則由質(zhì)量本征態(tài)決定。由于存在混合，產(chǎn)生時(shí)的弱作用本征態(tài)不是質(zhì)量本征態(tài)，而是三種質(zhì)量本征態(tài)的疊加。三種質(zhì)量本征態(tài)按不同的物質(zhì)波頻率傳播，因此在不同的距離上觀察中微子，會(huì)呈現(xiàn)出不同的弱作用本征態(tài)成分。當(dāng)用弱作用去探測(cè)中微子時(shí)，就會(huì)看到不同的中微子。

中微子振蕩示意圖。一個(gè)電子中微子具有三種質(zhì)量本征態(tài)成份，傳播一段距離后變成電子中微子，繆中微子，陶中微子的疊加。

中微子的混合規(guī)律由六個(gè)參數(shù)決定（另外還有兩個(gè)與振蕩無關(guān)的相位角），包括三個(gè)混合角q_12、q_23、q₁₃，兩個(gè)質(zhì)量平方差Dm_21、Dm₃₂，以及一個(gè)電荷宇稱相位角d_CP。通過大氣中微子振蕩測(cè)得了q₂₃與|Dm₃₂|，通過太陽(yáng)中微子振蕩測(cè)得了q₁₂與Dm₂₁。在混合矩陣中，只有下面的兩個(gè)參數(shù)還沒有被測(cè)量到：最小的混合角q₁₃、CP破缺的相位角d_CP。測(cè)得的q₁₃的實(shí)驗(yàn)上限是：sin2q₁₃<0.17 （在Dm₃₁ = 2.5×10eV下），由法國(guó)的Chooz反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)給出。

q₁₃的數(shù)值大小決定了未來中微子物理的發(fā)展方向。在輕子部分，所有CP破缺的物理效應(yīng)都含有因子q₁₃， 故q₁₃的大小調(diào)控著CP對(duì)稱性的破壞程度。如果它是如人們所預(yù)計(jì)的sin2q₁₃等于1%～3%的話，則中微子的電荷宇稱（CP）相角可以通過長(zhǎng)基線中微子實(shí)驗(yàn)來測(cè)量，宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)的不對(duì)稱現(xiàn)象可能得以解釋。如果它太小，則中微子的CP相角無法測(cè)量，用中微子來解釋物質(zhì)與反物質(zhì)不對(duì)稱的理論便無法證實(shí)。q₁₃接近于零也預(yù)示著新物理或一種新的對(duì)稱性的存在。因此不論是測(cè)得q₁₃，或證明它極小（小于0.01），對(duì)宇宙起源、粒子物理大統(tǒng)一理論、以及未來中微子物理的發(fā)展方向等均有極為重要的意義。

q₁₃可以通過反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)或長(zhǎng)基線加速器中微子實(shí)驗(yàn)來測(cè)量。在長(zhǎng)基線中微子實(shí)驗(yàn)中，中微子振蕩幾率跟q_13、CP相角、物質(zhì)效應(yīng)、以及Dm₃₂的符號(hào)有關(guān)，僅由一個(gè)觀測(cè)量實(shí)際上無法同時(shí)確定它們的大小。而反應(yīng)堆中微子振蕩只跟q₁₃相關(guān)，可以干凈地確定它的大小，實(shí)驗(yàn)的周期與造價(jià)也遠(yuǎn)小于長(zhǎng)基線中微子實(shí)驗(yàn)。從Reines和Cowan第一次發(fā)現(xiàn)中微子到第一次在KamLAND觀測(cè)到反應(yīng)堆中微子振蕩，在這50多年歷史中，反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)一直扮演著重要角色。特別是最近的Palo Verde、CHOOZ、以及KamLAND幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功，給未來的反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)提供了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，使q₁₃的精確測(cè)量成為可能。

反應(yīng)堆中微子振蕩幾率與離反應(yīng)堆距離的關(guān)系。圖中列出了過去重要的反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)，以及大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)中近探測(cè)器與遠(yuǎn)探測(cè)器所在的位置（紅三角形）。