中国研发核反应堆防熔化新方法，发电量可提高100倍

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https://interestingengineering.com/energy/china-nuclear-reactor-meltdown-proof

中国在第四代核反应堆技术领域取得了重要进展。中国原子能科学研究院近日成功测试了一种革命性的余热排出系统，该技术不仅能够显著提高核反应堆的抗熔毁能力，更能将核燃料的能量提取效率提升100倍，同时将核废料产生量减少90%。这一突破性成果标志着中国在全球核能技术竞争中占据了重要的战略位置。

这项被称为"新型非能动余热排出技术"的创新系统，采用了快中子谱、液态金属钠冷却和金属燃料的组合设计，实现了核反应堆的固有安全性。与传统水冷反应堆相比，这种一体化快堆不仅能够更高效地利用核燃料，还能够将核废料作为燃料进行回收利用，形成完整的闭式燃料循环体系。

中国原子能科学研究院在8月25日的官方确认中表示，这是中国首次针对一体化快堆进行的原理验证试验。该技术的成功验证为中国正在建设的CFR-600钠冷快中子增殖反应堆以及计划中的CFR-1000商用千兆瓦级快中子反应堆奠定了重要的技术基础。

技术革新的核心优势

快堆利用快速移动的中子来更高效地利用核燃料。（图片来源：代表作） 史蒂夫·艾伦

快中子反应堆技术的核心优势在于其独特的中子利用方式。与传统的热中子反应堆不同，快堆利用快速移动的中子来引发核裂变反应。当这些"快中子"撞击燃料原子时，不仅能够引发裂变释放能量，还会产生额外的中子，这种特殊的物理过程赋予了快堆"增殖"的能力。

在传统的轻水反应堆中，大部分铀-238无法被直接利用，只有约0.7%的铀-235能够参与裂变反应。而快堆技术通过快中子轰击铀-238，能够将其转化为可裂变的钚-239，从而大幅提高燃料利用率。据研究团队介绍，这种技术能够从同样数量的燃料中提取出比水冷反应堆高出100倍的能量。

更为重要的是，快堆技术实现了核废料的有效回收利用。传统核电站产生的乏燃料中仍然含有大量可利用的核材料，但在传统技术框架下这些材料被视为废物处理。而快堆的闭式燃料循环系统能够将这些"废料"重新加工成燃料，不仅减少了核废料的产生量，还延长了核燃料的使用周期。

中国研发的这套系统还采用了液态金属钠作为冷却剂。与水相比，液态钠具有更好的导热性能和更高的沸点，能够在更高的温度下保持液态，从而提高了反应堆的热效率和安全性。同时，钠冷却剂不会与中子发生显著的减速作用，保持了中子的快速状态，这对于快堆的正常运行至关重要。

安全性能的重大提升

新型余热排出系统的最大亮点在于其被动安全特性。传统核反应堆的安全系统通常需要外部电源支持，一旦发生电力中断，可能导致冷却系统失效，进而引发堆芯熔毁事故。而这套新系统采用了被动散热设计，即使在完全断电的情况下，也能够依靠自然循环和重力作用将堆芯的余热安全排出。

这种被动安全设计大幅降低了严重事故的风险。在福岛核事故之后，全球核能界对反应堆的安全性能提出了更高要求，被动安全系统成为第四代核反应堆的重要特征之一。中国在这一关键技术领域的突破，不仅提升了自身核电技术的安全水平，也为全球核能安全技术的发展做出了重要贡献。

研究团队通过建立完整的快堆模拟测试设施，对新型余热排出系统进行了全面验证。测试结果表明，该系统能够在各种事故工况下保持堆芯的安全冷却状态，有效防止堆芯熔毁的发生。这一成果为快堆技术的工程化应用提供了重要的安全保障。

全球核能格局的战略影响

中国在快堆技术领域的突破具有重要的战略意义。目前，全球只有少数几个国家掌握了先进的快堆技术，包括俄罗斯、法国、日本等核能强国。中国通过自主创新在这一领域取得的突破，不仅打破了技术垄断，也为全球核能技术的多样化发展提供了新的选择。

从能源安全角度看，快堆技术的发展对中国具有特殊意义。中国的铀资源相对有限，传统核电技术的燃料利用效率较低，长期依赖进口铀资源。而快堆技术通过大幅提高燃料利用效率和实现燃料循环利用，能够显著提升中国核能的资源利用水平，增强能源供应的独立性。

在环境保护方面，这项技术也具有重要价值。核废料的长期处置一直是核能发展面临的重大挑战，特别是长寿命放射性废物需要数万年才能衰变到安全水平。快堆技术通过燃料循环利用和废料"燃烧"，能够将长寿命废物转化为短寿命废物，大幅减少核废料的最终处置量和处置时间。

中国正在建设的CFR-600反应堆是这项技术走向实用化的重要里程碑。作为中国首座大型钠冷快中子反应堆，CFR-600不仅承担着技术验证的使命，也将为后续的商业化应用积累宝贵经验。按照规划，中国还将建设CFR-1000等更大规模的商用快堆，逐步形成完整的快堆产业链。

从国际合作角度看，中国在快堆技术方面的进展也为全球核能合作提供了新机遇。快堆技术的复杂性要求各国加强技术交流与合作，共同应对技术挑战。中国的技术突破不仅有助于推动全球快堆技术的发展，也为建立国际核能合作新格局创造了条件。

这项技术突破标志着中国核能技术实力的显著提升，也为全球清洁能源技术的发展注入了新动力。随着技术的不断成熟和应用规模的扩大，快堆技术有望在未来的全球能源结构转型中发挥重要作用。