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行波堆 连世界首富都为之倾心的革命性反应堆技术

来源:中国核电信息网 发布日期:2017-04-14

  现在提起比尔-盖茨,许多人会感觉这是一位过气网红。的确,比尔-盖茨靠微软成为世界首富后,似乎再无惊世之作,渐渐淡出了世人的视线。不过,利用手中巨量的资金,比尔-盖茨在默默地憋大招,期望再一次,改变世界。

  现在,比尔-盖茨有一个新的身份:泰拉能源公司的董事长。泰拉能源公司成立于2006年,是比尔-盖茨亲自投资,并付诸了极大心血的一家新能源技术公司,这家公司致力于先进核电技术的研究,其主打的项目是一种闻所未闻的先进反应堆技术:行波堆。

  听名字,这种堆型就显得特别的高大上,又是行又是波的,颇有几分科幻色彩。

  根据泰拉能源公司官网的介绍,这种反应堆不仅安全性甩现在的三代反应堆技术几条街,而且能够直接利用被废弃的铀同位素(乏燃料),对其进行深度焚烧,从而产生巨大的能源,将目前核电站称重的乏燃料后处理负担,转换为高额的经济效益。而且,该反应堆几十年都不需要换料,也不需要乏燃料后处理,简直是未来理想的能源。

  现在核电虽然属于清洁能源,但是其乏燃料处理却广受诟病,若上述反应堆能够实现商业运营,将引发新一轮的全球能源革命,比尔-盖茨将再次在人类历史上写下浓墨重彩的一笔。

  那么,这种“行波堆”到底是个什么玩意呢?又是如何运行的呢?

  事实上,行波堆本质上就是一种快中子增殖反应堆(快堆),只是其堆芯结构,燃烧方式与反应堆控制方式与现在所有的反应堆都完全不同。

  行波堆的堆芯可以分为富集区和转换区两个部分。

  其中,富集区堆芯作为反应堆的点火区域,反应堆在这里达到临界,和普通反应堆一样,通过裂变反应放出大量的能量。

  与此同时,在裂变反应过程中产生的大量的快中子,将转换区内不可裂变的核素铀238转换为可裂变核素钚239,实现可裂变核素的大量增殖。这个增殖过程,和普通快堆也一样的。

  这样看来,行波堆与普通快堆似乎没有区别?当然不是。

  普通快堆,在发生裂变反应时新增殖的裂变核素,必须通过停堆大修,人工转移到反应堆堆芯后,再次启动反应堆,才能够重新利用。而行波堆则省去了堆芯燃料调整的步骤,新增殖的裂变核素,不需要调整燃料位置,就可以直接进行燃烧。

  是不是有点烧脑。

  那么,行波堆堆芯的运行过程到底是什么样子的呢?

  我们可以将行波堆比作一根木棒,反应堆首次点火启动,相当于木棒顶端点燃。火焰燃烧时,放出能量,相当于裂变反应放出能量,而此时木棒被烧成木炭的部分,相当于增殖过程。

  当火焰继续顺着木棒往下烧的时候,新增殖的木炭也同时开始燃烧,这时,木棒放出来的能量就由两个波次组成,其一波是木棒燃烧释放的能量,其二波是木炭燃烧放出来的热量,这两个波次的能量一前一后不断向下燃烧,直到整个木棒变成灰烬,燃烧过程才结束。

  类似的,行波堆堆芯也是如此,裂变反应顺着堆芯向下行走,与此同时,增殖区内新生成的裂变核素也随后开始进行裂变反应。反应堆的能量由第一波裂变能和第二波新增殖的裂变核素的裂变能两部分组成,这两个波次的裂变反应一前一后,不断向堆芯下部扩散,直到整个堆芯燃烧殆尽,裂变过程才会结束。

  由于这种快堆能量由两个波次组成,且一前一后向堆芯下部前行,所以这种快堆就有了“行波堆”这个名字。

  还有一点不得不提,行波堆的这种燃烧方式,与ADS技术的重核嬗变过程极为相似,大量长周期放射性重核元素将在此过程中嬗变为轻核,短周期放射性元素。大大降低了乏燃料废除的处理难度。

  从行波堆的燃烧过程我们可以看出,这种反应堆的以下几个优点。

  其一、这种快堆可以实现几十年不换料,理论上,由于核能极大的能量密度,且不断产生新的裂变核素,行波每年向堆芯下部前进不过十几厘米,一次装料,就可以满足几十年的发电需求。

  其二、行波堆在燃烧过程中,不仅通过增殖实现了燃料的高效利用,还在裂变过程中实现了重核的嬗变,因此,行波堆的乏燃料中长周期重核放射性核素将大大减少,使得乏燃料后处理不再成为核电发展的掣肘。

  以上两个优点使得行波堆成为了一种革命性的新能源技术,谁在这项技术上拔得头筹,谁将会改写人类的历史。

  对于世界首富来说,钱只是一个数字,相比金钱,比尔盖茨更在乎的是他将在人类历史上留下的名声,而行波堆,正是比尔-盖茨实现此抱负的一个机会。为此,比尔-盖茨倾注了大量的心血。

  行波堆的研究,必须有两个关键技术作为基础,快堆技术和ADS技术。但是,比尔-盖茨不懂核电技术,且泰拉能源公司虽然提出了行波堆理论,但也缺乏先进反应堆技术,要将行波堆从理论变成现实,泰拉能源只能寻求其他拥有快堆技术的国家进行技术合作。

  为了给行波堆寻找技术合作伙伴,比尔-盖茨将美英法日印等国跑了个遍,毕竟这些国家很早就开始快堆研究,比尔盖茨天真的以为,起步早的国家快堆技术肯定先进。当他跑遍一圈回来,最后才沮丧的发现,这些国家虽然很早就研究快堆技术,但要么半途而废,要么断断续续,技术并没有想象中的那么先进。

  最后,没有办法的比尔-盖茨,不得不将目光投向中国,他虽然知道中国也在研究快堆,但是他认为中国快堆技术起步太晚,或许技术并不先进。

  2009年,比尔-盖茨第一次为行波堆的技术访问中国,这次访问让他极为兴奋。他原本以为中国快堆技术落后,但是与中核集团等中国核能企业接触后,他惊讶的发现,中国虽然快堆技术起步较晚,但是一直在持续研究,而且第一座示范堆也正在建设中。更让比尔盖茨兴奋的是,中国还在努力研究与行波堆技术十分相似的反应堆技术:ADS(加速器驱动次临界反应堆系统)技术,这两种技术加起来就简直就是行波堆的雏形啊!

  看到希望的比尔-盖茨激动不已,此后又多次因行波堆技术在2015年(2次)、2014年、2011年四次访问中国,每一次访问,中国快堆技术的神速进步都让比尔盖茨兴奋不已:快堆临界,ADS技术取得重要进展,这两项技术都可以作为行波堆的技术基础,而当今世界,只有中国在这两种技术上持续研究且取得重要成果。

  在多次访问中国,通过比较中国与欧美各国的反应堆技术后,比尔-盖茨最后确认,现阶段只有在中国的核电技术的基础上,才能够将行波堆从理论变为现实。

  在2017年3月23日,比尔-盖茨以美国泰拉能源公司(下称“泰拉能源 ”)董事长的身份,再次在北京见到了中核集团董事长王寿君。这一次,泰拉能源与中核集团签署了合作文件,标志着“行波堆”这一革命性的能源技术将从中国孕育出来,未来世界的第一座行波堆,将在中国诞生。

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