我國反應堆堆芯熔融研究獲重大突破

　　日前，由上海核工院、中核北方核燃料元件有限公司、中國科學院金屬研究所共同開展的百公斤級反應堆原型材料熔融及反應試驗完成試驗裝置研制及首爐超高溫熔融物試驗。據悉，該試驗為國內首創，填補了國內空白，多項指標處于國際領先水平，其成功實施對于核電廠嚴重事故研究具有里程碑式意義，并進一步驗證了國和一號嚴重事故緩解措施的有效性。

　　上海核工院介紹，此次試驗熔融物采用二氧化鈾、二氧化鋯、鐵、鋯等堆芯材料，可真實反映核反應堆原型條件。試驗技術取得多項國際第一：超高溫熔融物試驗裝置最大裝料量可達200kg以上，具備同時熔煉氧化物和金屬的能力，以更好研究堆芯熔融的整體情況；通過合理的電磁感應控制和屏蔽技術，首次實現了對熔煉工質的精準定位加熱，準確模擬熔融物衰變熱分布；使用二次投料設備及控制理論首次模擬并真實反映了堆芯熔化、坍塌過程中的熔融物瞬態現象，并可對熔融物液面進行精確測距定位。

　　據了解，核電中的嚴重事故專指核電廠堆芯發生明顯損傷的事故，簡單而言就是堆芯由于種種原因冷卻不足，在衰變熱的作用下發生熔化。而一旦堆芯熔化，核燃料棒內大量放射性裂變產物將喪失包容而進入反應堆和安全殼內，如若這兩道屏障也發生失效，則放射性物質將進入環境。

　　2011年福島核事故后，反應堆堆芯熔化的嚴重事故迅速成為國際核能界的研究熱點。但是，核反應堆嚴重事故機理現象復雜，涉及到多流場、多相變、多種材料組分，特別是堆芯熔融物處于超高溫條件且含有大量鈾材料，試驗研究難度極高。

　　此前，試驗研究通常采用模擬工質代替堆芯原型材料，存在較多局限性，例如無法模擬超高溫的含鈾堆芯熔融物各組分之間的化學反應，而且國際上僅經濟合作與發展組織（OECD）組織開展過百公斤量級的采用堆芯原型材料的熔融物反應試驗（MASCA項目），由于受當時技術條件限制，試驗在加熱、測量等方面的不足，導致業內對試驗結果有較大爭議。并且，由于我國并非OECD成員國，無法獲得相關試驗數據。

　　國和一號作為我國自主研發、具有完全自主知識產權的大型先進壓水堆核電型號，必須攻克這項難關。據了解，在國家大型先進壓水堆科技重大專項的支持下，上海核工院聯合國內頂尖核工程、材料學等跨學科、多專業的研究機構和專家，組成了反應堆堆芯熔融的聯合研究團隊，整體策劃、分步實施。其中，第一階段課題研究從2009年開始，為后續原型材料試驗積累了充足的技術儲備。第二階段課題研究從2018年開始，2020年6月8日在國內率先完成10公斤級含鈾熔融物熱力學試驗，獲得了評審專家的高度認可，為百公斤級熔融物試驗打下堅實基礎。

　　后續，研究團隊將利用該試驗平臺繼續開展試驗研究和數據分析，獲得更多創新成果。（郭禾）

　　轉自：中國能源報

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