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2022年世界核能发展回顾——科技创新篇

来源:中核战略规划研究总院 日期:2023年01月08日

   (本文约8000字,阅读需要约12分钟)

  编者按

  创新是引领发展的第一动力,科技是战胜困难的有力武器。2022年,世界百年未有之大变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革深入发展,科技创新不断为全人类赋能、为共同发展助力。在核能的科技创新方面,美国在核聚变实验中取得重大突破,带动了全球对核能创新的热潮,各核能主要大国也都取得了一些重要的创新成就,无论是在先进反应堆、核聚变中,还是在国防科技、核科技应用、先进技术耦合发展中,全球核能科技界始终保持着推动完善全球科技治理的初心,让科技成果为更多人所及所享,推动实现更加强劲、绿色、健康的全球发展。本文对全球主要国家的重大核能科技创新成果进行回顾,为我国2023年度的核能科技创新提供一些合作思路。

  俄罗斯 Russia

  陷入地缘政治旋涡中的艰难创新

  自2022年2月俄乌事件开始以来,俄罗斯就深陷战争与国际纠纷,关于俄罗斯各方面实力是否衰退的问题在世界范围内展开了激烈的讨论。在这一年内,尽管俄罗斯的注意力主要放在军事战备上,但在核科技方面,俄罗斯的身影却未曾在世界舞台上消失。

  在核能创新方面,俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)表示,俄罗斯开始测试小型堆(SMR)燃料棒。位于波多利斯克市的卢奇科学生产协会(Luch Scientific Production Association)提供了一批经过多次改进的铀-铌燃料元件样品,用于在季米特洛夫格勒市反应堆研究所(NIIAR)进行测试。卢奇科学生产协会最新开发的燃料元件,将用于Shelf-M小型堆项目。该协会首次将Block技术用于铀-铌燃料棒燃料芯块生产,免除了燃料部件挤压工序,从而节省了生产时间。该技术已获得专利。目前卢奇科学生产协会正计划对铀-铌燃料棒模型进行热试。

  俄罗斯小型堆试验性核燃料组件

  2022年中旬,俄罗斯库尔斯克核电厂3号机组中已装入首根配有额外钴吸收体(SDPK)的棒,未来将生产钴-60。这座RBMK反应堆将装载27根SDPK棒,并将不断监测中子物理特性。这项工作是在俄罗斯原子能工业公司(Rosenergoatom)“RBMK型反应堆钴-60生产组织”项目下进行的。俄罗斯原子能工业公司将利用核电反应堆的独特能力,生产可用于医学、农业等行业的放射源。

  库尔斯克核电厂机组反应堆容器

  在核科技应用创新方面,俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克核物理研究所和新西伯利亚国立大学的科研人员利用硼中子捕获疗法治愈了一组猫和狗的癌症,首次实现了利用加速器中子源治愈患有癌症的动物。并且中国也开始借助俄罗斯制造的加速器中子源治疗癌症。这项世界上首次关于中子对中大型哺乳动物的治疗效果的研究是向人类临床试验迈出的重要一步。

  俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克核物理研究所实验现场

  在国防科技创新方面,俄罗斯首次接收了在塞维那工厂生产的09852型“别尔哥罗德”号核潜艇,将成为波塞冬无人潜航器的载体。该艇长184米,满载排水量23760吨,安装2台核动力反应堆,水下最大航速32节,装备6枚“波塞冬”核鱼雷和携带特种情报作战系统,可以攻击敌方水下通信网络,还可向深海运送无人潜航器和核动力深海工作站,执行研究勘探和侦察作战任务,实战部署后成为“军民两用”、“核常兼备”的重要战略威慑力量。

  “别尔哥罗德”号核潜艇

  此外,俄罗斯“军火库”设计局(Arsenal)文件显示,国家航天集团参与研发的“宙斯”核动力太空拖船配装了兆瓦级动力装置,已经具备太空作战能力。尽管只有寥寥数语,但是在太空军事化日益严峻的当下,该则消息再次引起了各界对于俄罗斯“宙斯”核动力太空项目的关注。其中,作为项目核心的“兆瓦级核能动力装置”,其研制工作由俄罗斯凯尔迪什研究中心牵头,据称“军火库”设计局建议的在未来俄罗斯火星基地建造的核电站也使用该反应堆。

  “宙斯”核动力太空项目概念图

  美国 The US

  核聚变取得历史性突破,核能相关创新齐头并进

  2022年,美国的创新活动依旧走在引领时代发展的道路上,构建了国防科技和国家科技“两翼齐飞”的新局面,尤其在先进能源领域,特别是聚变领域取得了重大突破。

  在先进能源方面,劳伦斯利弗莫尔国家实验室在2022年度开展的核聚变实验中,“国家点火设施”向目标输入了2.05兆焦耳的能量,产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出,首次实现净能量增益。本次试验采用的惯性约束核聚变是实现可控核聚变的两大主流方案之一,该技术利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力,来引发核聚变反应。美国本次的重大科学突破,将为其国防及清洁能源未来发展奠定扎实的基础。