在北京市西六環外的中國原子能科學研究院內，一座看似普通的白色建筑，卻見證著我國四代核電技術的研發之路。建筑正門上方的六個大字，則是道破了其中的玄機——中國實驗快堆。
中國實驗快堆是我國首個快中子反應堆（以下簡稱“快堆”），也是我國快堆技術發展的基石。作為我國“熱堆—快堆—聚變堆”核能“三步走”戰略的中間環節，快堆的發展一直集聚著行業的目光，同時也是全球四代核電的發展方向之一。
“第四代核能系統以其綜合性優勢，向人們展示著核能發展新階段。通過建立快堆核能系統，實行閉式燃料循環，可以實現鈾資源循環利用，將鈾資源利用率從當前的不到1%提高到60%左右，核裂變能發展預期從百年時間尺度將延長到千年尺度。”中國原子能科學研究院副總工程師周培德表示。
“具有鈾資源利用率高、反應堆固有安全性高、高放廢物最小化等優勢”
“熱堆—快堆—聚變堆”核能“三步走”戰略，是我國1983年在核能發展技術政策論證會上首次提出的核能發展總戰略，其核心內容是解決我國核能可持續發展、核燃料長期安全有效供應的問題。
“‘熱堆—快堆—聚變堆’的核能‘三步走’戰略，對于保障我國的能源安全有著重要意義，是符合我國國情的核能發展戰略，也能夠引領世界核能發展的技術方向。”中核集團戰略規劃部副主任施慶瑜介紹。
目前，我國熱堆技術日臻成熟，熱堆在核能發電中的占比達到90%以上，是近中期我國核電發展的主力堆型，將在支撐我國“雙碳”目標實現、優化能源電力結構、建設新型能源體系中發揮重要作用。
相比熱堆技術，周培德向記者介紹，快堆核能系統具有鈾資源利用率高、反應堆固有安全性高、高放廢物最小化等優勢。
如在鈾資源利用率方面，目前三代核電主流堆型為壓水堆，屬于熱堆范疇，其反應主要原料為鈾-235，而鈾-235在自然界天然鈾中的比重僅為0.7%左右。快堆則可充分利用天然鈾中占比高達99.3%的鈾-238作為反應原料，這一特性可以讓天然鈾的利用率從目前的不到1%，提高到60%以上。
同時，周培德介紹稱，快堆對鈾的循環利用，表現在兩個方面，既可以利用壓水堆乏燃料后處理回收的鈾（俗稱堆后鈾、回收鈾），也可以利用濃縮鈾（即壓水堆燃料）生產剩下的尾料（俗稱貧鈾）。因此，熱堆和快堆組合發展，并建立快堆的燃料循環，是充分利用鈾資源的根本途徑。
“這一特性在行業內部叫實現核燃料的增殖，因此快堆也被稱為增殖堆。”周培德表示。
另外，對于核電產業來說，安全是發展的紅線。快堆反應堆容器內的工作壓力稍高于一個大氣壓，屬于低壓系統，冷卻劑的工作溫度比沸點低三百多度，熱工裕度大，加之反應堆的固有安全性高，以及能夠采用非能動系統排出事故情況下的反應堆余熱，這些特性的加持讓快堆的安全性更上一個臺階。
“發展快堆技術對于推進核燃料閉式循環、促進我國核能可持續發展具有重要意義，建成先進的快堆核能系統將是具有劃時代意義的核工業發展豐碑。”周培德表示。
“一個廠址內即可實現更為高效的閉式燃料循環”
當然，發展快堆技術并不意味著放棄熱堆技術。“核能‘三步走’不分先后，需要實現并行發展、接續發展。”施慶瑜表示。
“核能‘三步走’往下一層的技術政策延伸，必然是熱堆和快堆的閉式燃料循環。熱堆和快堆同屬核裂變能，而聚變堆屬于核聚變能。熱堆和快堆本質上使用的都是天然鈾。通過熱堆和快堆的組合發展，讓核燃料循環利用，從而實現有限鈾資源的最大化利用，進而支撐核裂變能千年尺度的持續發展。”周培德從資源有效利用角度詳細介紹了熱堆—快堆—聚變堆“三步走”的底層邏輯。
在此基礎上，周培德還向記者提出了“一體化快堆”的概念。
快堆核能系統由快堆核電站、快堆燃料制造廠、快堆乏燃料后處理設施等部分組成。“一體化快堆”是同廠址布置的快堆核能系統的簡稱。即將快堆、燃料再生子項（含乏燃料后處理和新燃料制造）及其他配套子項置于同一廠址，從而構成廠內核燃料自持循環、快速循環的完整核能系統。
“其實就是在一個核電廠址內，既有核電站，也包括核燃料制造以及乏燃料后處理等部分，在一個廠址內即可實現更為高效的閉式燃料循環。”周培德解釋稱。
在周培德看來，快堆核能系統同廠址，是快堆技術、燃料循環技術的重要發展方向。在經濟性、安全性、可持續性、環境友好性等衡量第四代核能系統的指標方面，一體化快堆綜合指標更優，是保障國家能源安全、鈾資源安全、核廢物環境安全的重要技術選擇，同時也是助力碳達峰碳減排核裂變能解決方案。“一體化快堆是核能領域‘戰略性、全局性、前瞻性’的大事。”
根據中國核能行業協會測算，到2060年，我國核電裝機規模要到4億千瓦。“在安全可靠有保障的鈾資源供給條件下，繼續大規模建設壓水堆到2億千瓦裝機，并采用一體化快堆來接續，將是2060年實現核裂變能總裝機接近4億千瓦目標的可行技術途徑。”周培德指出。
不過要實現一體化快堆的建設仍任重道遠。“一體化快堆仍需突破先進反應堆、先進燃料、先進后處理等關鍵技術，需要工程技術等方面實現重大創新。”周培德坦言。
在此背景下，中核集團主動謀劃快堆發展，已先行自主投入加快研發一體化快堆，構建了“熱堆—快堆”的“二元”裂變核能體系，為我國能源安全發展提出了系統性的解決方案，積極發揮著高水平科技自立自強的中堅作用。
記者注意到，中核集團在2021年工作會議上明確，“十四五”期間要加快一體化閉式循環快堆核能系統的研發。據悉，目前該項目已開展大量研究工作，并已取得階段性成果。
“下一步，我們將加快推動‘華龍一號’核電機組規模化發展和優化改進，提高壓水堆發展效益。同時發揮一體化快堆和可控核聚變創新聯合體作用，攻克關鍵核心技術難題，推動核能‘三步走’戰略落地，支撐核強國和中國式現代化建設。”施慶瑜表示。
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