在安徽省合肥市科學島，一座四層高的鋼結構實驗室靜靜的矗立在湖邊。液態(tài)重金屬回路與材料技術綜合實驗平臺的科研人員正在調試著實驗設備，準備完成“鉛基堆綜合實驗回路”新一輪的實驗。
作為應對未來氣候變化和先進核能的重要方案和途徑，鉛或鉛合金冷卻的快中子反應堆（以下簡稱鉛基反應堆）已被第四代核能系統(tǒng)國際論壇組織（以下簡稱GIF）評定為“有望首個實現(xiàn)工業(yè)示范和商業(yè)應用的第四代反應堆”。而“鉛基堆綜合實驗回路”等一系列重要突破，則標志著“麒麟一號”（CLEAR-I）——中國鉛基反應堆實現(xiàn)了核心技術自主化，對促進我國第四代核能鉛基反應堆的工程化具有重要意義。
“麒麟”本應天上來？
我國鉛基反應堆研發(fā)是在國家“863”計劃、“973”計劃和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項“未來先進核裂變能—ADS嬗變系統(tǒng)”等項目的持續(xù)支持下進行的，中科院核安全所先進核能研究團隊（以下簡稱FDS團隊）作為ADS專項牽頭單位之一，承擔了鉛基反應堆“麒麟一號”項目的全面研究工作。
“我們相繼突破了結構材料、冷卻劑、燃料組件、氧測控等核心技術，成功研制出液態(tài)重金屬換熱器、驅動泵、換料機構、控制棒驅動機構等關鍵設備，建成了世界上最大的液態(tài)金屬綜合試驗平臺，以及工程驗證堆、物理試驗堆、數(shù)字仿真堆三座集成試驗裝置，目前正在進行關鍵設備與技術集成驗證。”中科院核能安全技術研究所（以下簡稱核安全所）所長吳宜燦研究員在接受《中國科學報》記者采訪時說。
就在近期，由FDS團隊設計建造的世界規(guī)模最大、功能最全的“鉛基堆冷卻劑技術綜合實驗回路”和“鉛基堆冷卻劑氧測控技術”雙雙取得重大突破并通過成果鑒定，其實驗能力和運行參數(shù)達到國際領先水平，突破了氧測量與控制等多項關鍵技術，打破了國際壟斷。
二十年磨一劍——國際范兒的“四代核能”寵兒
事實上，“麒麟一號”鉛基反應堆研發(fā)的每一步都充滿了艱辛，其鉛基反應堆核心技術更是經(jīng)歷了二十余年的連續(xù)攻關。
“拿‘鉛基堆綜合實驗回路’來說，這套實驗的每一部分都是我們自己設計、建造的，它是反應堆工程實施的前提和基礎。回路的核心就是冷卻劑，回路就是做冷卻劑流動、傳熱、沖刷和腐蝕的關鍵技術研究的平臺。能源系統(tǒng)需要循環(huán)，冷卻劑作為熱量轉換與傳輸?shù)妮d體，把熱量從‘堆芯’運輸出來，用這個熱量去發(fā)電和實現(xiàn)其它應用，然后再靠泵或自然回路回流，完成熱能的傳遞。”中科院核安全所研究員趙柱民在接受《中國科學報》記者采訪時說。
縱觀國際，包括鉛基反應堆在內，目前第四代核能系統(tǒng)的其他主要堆型還有氣冷快堆、熔鹽反應堆、液態(tài)鈉冷卻快堆等六種。相較而言，鉛、鉛鉍或鉛鋰合金等鉛基材料作為反應堆冷卻劑，在反應堆的物理特性和安全運行中具有顯著優(yōu)勢，可以解決現(xiàn)有大規(guī)模應用的熱中子反應堆存在的資源利用率低、核廢料不斷積累和潛在的核安全問題，而這也是美、歐、俄、日等世界各國相繼展開研發(fā)競爭、角逐第四代核能技術的原因。
（“第四代核能系統(tǒng)在可持續(xù)性、安全性、經(jīng)濟性、不擴散性方面都有重要提升和突破，目前世界各國正在對包括‘鉛基反應堆’在內的六種潛在堆型進行研究。”GIF副主席Hark Rho Kim教授在第五屆國際核能與可再生能源大會上向《中國科學報》記者表示。）
“麒麟”出世或可期
“日本福島核事故使得鉛基反應堆在第四代核能系統(tǒng)中的重要地位得以進一步確立。目前，我們已經(jīng)完成了方案設計和關鍵技術的研發(fā)，在鉛基反應堆設計、鉛鉍回路與氧控技術、關鍵設備研發(fā)、核燃料與材料、安全分析與實驗驗證等方面取得了顯著的進展，具備了建造這樣一個實驗系統(tǒng)的能力。”吳宜燦在接受《中國科學報》記者采訪時透露，“除了‘麒麟一號’，我們還計劃用5年左右的時間完成一個迷你小型反應堆的建設，并將它命名為麒麟號‘核電寶’。”
吳宜燦表示，鉛基反應堆可作為未來先進核能源的主力堆型，在第四代核電、核廢料嬗變的加速器驅動次臨界系統(tǒng)（ADS）、未來聚變電站等發(fā)揮作用，同時也可應用在低溫制氫、海水淡化、民用放射性同位素等工業(yè)生產(chǎn)的多個領域，為清潔能源發(fā)展起到積極作用。
通過對鉛基反應堆的研究，可以形成一整套在時間上兼顧近、中、遠期發(fā)展需求，在應用上覆蓋聚變技術和裂變技術，在功能上包含能量生產(chǎn)、核廢料嬗變、核燃料增殖的可持續(xù)發(fā)展技術路線。
“我們目前已經(jīng)處在鉛基反應堆工程化道路上，通過‘麒麟號’系列項目的實施，可為我國核能事業(yè)、國家能源安全和核能可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻。”吳宜燦說。
