中核集團推出2014年上半年多項自主創新科技成果
中核集團推出2014年上半年多項自主創新科技成果

文章來源:中國核工業集團公司 發布時間:2014-08-04
8月1日,中核集團在京舉辦科技成果媒體座談會,展示了上半年來中核集團全產業鏈上連續取得的科技成果。
基礎科研:我國建成世界先進質子回旋加速器
7月4日,中國原子能科學研究院自主研發的世界先進質子回旋加速器首次調試出束,這標志著原子能院承建的國家重點科技工程——HI-13串列加速器升級工程的關鍵實驗設施建成。
此次建成的100兆電子伏質子回旋加速器直徑6.16m,總重量為475t,可將質子加速至接近一半光速,是國際上最大的緊湊型強流質子回旋加速器,也是中國目前自主創新、自行研制的能量最高的質子回旋加速器,無論是經濟性還是實用性上而言都達到了國際先進水平。
從研究層面而言,質子回旋加速器的研發非常具有實際意義。物理學家利用加速器解決了宇宙從何而來,能量如何產生等基礎物理學問題。同時其在我們的生活中也有著廣泛的應用,如在醫療方面,多數大中型醫院都利用其生產治療用同位素,以及中子測井,食物的消毒也都對于該項技術有所應用。
作為核科學研究的重要平臺,該加速器一旦投入使用即可開展中子物理、新核素合成、核天體物理、質子生物醫學效應、質子輻照效應、現代醫療等方面研究,特別是有望在癌癥的早期診斷與治療的研究方面取得重大突破。放射性治療是目前癌癥治療的重要手段之一。與X射線和電子束照射相比,質子束對正常組織損傷小、副作用小,因此在轟擊癌細胞的過程中將最大限度地保護人體正常組織。
此次建成的回旋加速器是國家重點科技工程——HI-13串列加速器升級工程的重要組成部分。為適應國內外科學技術發展形勢,構筑我國加速器裝置先進試驗平臺,2003年7月,HI-13串列加速器升級工程經原國防科工委批準立項。主要建設內容是在原子能院已有的HI-13串列加速器前端,新建一臺100兆電子伏強流回旋加速器,一臺高分辨率的在線同位素分離器;在HI-13串列加速器后端,新建一臺重離子超導直線增能器。串列加速器升級工程建成后,將在已有串列加速器實驗室的基礎上,逐步形成一器多用、多器合用、多領域、多學科的科學研究平臺,填補我國中能強流質子回旋加速器、高分辨同位素分離器和超導重離子直線加速器的空白,達到目前國際同類裝置的先進水平,使我國成為少數幾個擁有新一代放射性核束加速器的國家。
原子能院的回旋加速器設施基本歷經了“四代”技術升級的歷程:1958年,我國第一臺回旋加速器在這里建成,開創了我國原子能事業的新時代;上世紀70年代,Y-120回旋加速器由固定能量改建成我國第一臺可變能量等時性回旋加速器,為低能核物理實驗和“兩彈一星”的研究作出了突出貢獻;1994年,第一臺強流緊湊型回旋加速器也在這里研制成功,并被兩院院士評為“中國重大科技事件”;如今,100兆電子伏質子回旋加速器建成,有望在強流質子加速器及其廣泛的應用領域取得突破性科研成果,有望支撐國防科技、生命科學、材料科學等多學科領域取得突破性進展。
60年來,中核集團形成了門類齊全、專業配套的核科技創新體系,擁有23家基礎較好的核科技研發機構和較為先進的實驗設施,建立了一套完整、科學的科技創新管理機制。
國家工程技術中心1個;國家企業技術中心 1個;國家能源研發中心3個;國防科技企業技術中心 2個;國防科技重點實驗室5個;集團級工程技術研究中心11個;集團級重點實驗室20個。從2011年開始,共獲國家科技進步二等獎5項,國防科技獎120項。獲國土資源部科技進步一等獎1項。
核燃料:中核集團核燃料元件產能躋身世界前列
6月30日,中核集團兩大核燃料元件基地之一中核建中核燃料元件生產線400噸擴建技改工程全線正式投產,實現了年產金屬鈾從400噸到800噸的跨越,產能躋身世界前列,可滿足30多個百萬千瓦級壓水堆核電機組的換料需求。
據悉,中國大陸在運核電機組20臺,在建核電機組28臺。為進一步提高核燃料保障供應能力,做強做優核燃料產業,中核集團正式成立了中國核燃料有限公司,主要負責鈾純化、鈾轉化、鈾濃縮、核燃料元件的生產、供應與服務;核材料的研發、加工與供應;核產品專用機器設備的研發、制造及銷售等。
目前中核集團已經掌握了世界上主要類型的壓水堆、重水堆等核燃料組件制造技術,產能可完全滿足國內所有核電所需的全部核燃料元件。中核集團具備300WM、AFA-2G、AFA-3G、全M5AFA-3G、VVER-1000、TVS-2M等各種類型的壓水堆燃料元件制造能力,還擁有重水堆、AP1000壓水堆和高溫氣冷堆等核燃料元件生產線。20余年來,為大亞灣、嶺澳、秦山、田灣、福清、寧德、紅沿河、陽江、巴基斯坦等核電基地提供了高質量的核燃料組件,無一因制造質量原因破損,質量達到國際先進水平。
中核集團自主研制的CF3燃料元件實現入堆
7月10日,中核集團自主研制的CF3燃料元件實現入堆,這標志著CF3完成研究、設計、試驗、制造等主要研制工作,進入隨堆運行考驗階段,對其關鍵性能指標進行最后驗證。CF3具備優良的性能,可用于長周期換料,可為我國自主三代核電建設及“走出去”提供更加有力的保障。
核燃料元件研制項目是中核集團首批重點科技專項、“龍騰2020”科技創新計劃的重要組成部分。四年來,項目組克服了重重技術難關,掌握了多項關鍵技術,在材料、設計、驗證、加工制造和輻照考驗等多個環節,取得了全面的突破。
目前,具有自主知識產權的CF系列核燃料元件研發獲得了突破性進展,解決了元件自主設計、鋯合金技術問題。2017年開始,CF系列將陸續實現工業化應用。
鈾資源:CO2 + O2 地浸采鈾技術 “盤活”數萬噸復雜砂巖型鈾礦
日前,新疆、內蒙古兩個CO2 + O2 地浸采鈾礦山已建成投產,我國成為繼美國之后全球第二個成功掌握CO2 + O2地浸采鈾技術、并已工業化應用的國家。這一在國內首創的技術,顛覆了傳統的鈾礦開采模式,拓展了砂巖型鈾資源開采利用范圍,目前,這項技術在我國北方地區得到了全面推廣應用,盤活了數萬噸復雜砂巖型鈾資源。
地浸采鈾是一種不使礦石發生位移的集采、冶于一體的新型鈾礦采冶方法。簡單來說,通過注液孔將溶浸液注入地下礦層,溶浸液在礦層與礦石發生反應,形成含鈾溶液,再通過抽液孔用潛水泵將含鈾溶液提升至地表,然后用地表水冶設施進行處理,加工成鈾的初級產品。
CO2 + O2地浸采鈾技術,是核工業北京化工冶金研究院專門針對我國北方低品位、低滲透、高碳酸鹽、高礦化度等復雜砂巖型鈾礦資源開發的。
與以往的酸法、堿法浸出工藝比,這一技術資源利用率高,生產成本低,應用前景廣,實際生產表明,這一技術鈾的浸出率(相當于采礦環節的采礦回收率)達到75%,可使鈾的開采邊界品位由原來的萬分之一下降到十萬分之五;如全部應用這一技術開采,我國目前已探明的砂巖型鈾礦的可采資源量將成倍增加。
與傳統的采礦工藝比,這一技術建設周期短、形成產能快,建設一個年產300噸“111”天然鈾產品的地浸礦山,只需要3年左右。該技術更加綠色環保,配制的溶浸液其實就是CO2和O2含量更高的水,注入礦層后既不會像酸性溶液那樣對地下水環境有較大的改變,也不會對原有的地層結構形成大的破壞,更不會在地表形成大面積的尾礦渣堆存、地面塌陷和次生環境污染,還節約了大量的礦山建設用地。
這一技術在我國新疆、內蒙古的大規模工業應用將加速提升我國天然鈾產品的生產能力,預計到2016年,應用這一技術生產的天然鈾產品將占我國年生產量的50%。
鈾資源保障能力,是中核集團有別于其他核電集團的獨有優勢。一直以來,擁有完整核工業產業鏈的中核集團承擔著“鈾礦報國”的國家使命。經過60年的發展,我國已經形成了集鈾礦勘查、鈾礦采冶為一體的完整的軍民兩用天然鈾生產體系,為國防建設和核能發展做出了重要貢獻,也為進一步增強鈾資源保障能力奠定了堅實基礎。
后處理:我國首個高放廢液處理設施開工 填補國內空白
6月27日,國內首個處理高放廢液玻璃固化工程實現第一罐混凝土澆筑,這標志著該工程正式進入工程建設階段,將填補國內在高放廢液處理方面的空白。
高放廢液通常是指放射性核素壽命長放射毒性高的放射性液體廢物。從20世紀40年代,美蘇等國開始研究放射性廢物管理技術以來,低、中放廢液的管理技術已發展得比較成熟,而高放廢物由于產生的數量少,處理難度大、技術復雜、耗資大等原因,致使目前在這方面的管理技術進展緩慢。而此次建設的玻璃固化工程可以說是在高放廢液后處理方面一次長遠的進步。
玻璃固化是目前世界上最有效的高放廢液處理技術,它的優勢在于,能夠長期保持高放廢液的穩定。早在上個世紀70年代,中核集團公司已經開始了與國外有關部門、科研院所和實業公司在玻璃固化技術研究方面的合作,并取得了重要的階段性成果。
高放玻璃固化工程是一項技術最為復雜的放射性三廢治理項目,其建設內容包括新建玻璃固化廠房、玻璃產品容器暫存庫及其配套工程。該工程引進國外關鍵技術設備,該工程技術復雜、安全等級要求高。
2014年2月,該工程取得工程建造許可證。截至目前,工程已完成工藝區及實驗區基坑負挖、防水層以及保護層施工等工作。
中核集團擁有完整的核工業產業體系,包括鈾礦地質勘探、鈾礦冶生產、核燃料加工、核電及乏燃料后處理等,中國核電的大發展給核燃料循環后端事業的發展帶來機遇。中核集團將抓住機遇,促使后端產業全面提升。一方面加大科技投入,在后處理、MOX元件等領域加強研發工作,提升技術水平。另一方面,加快能力建設,建設乏燃料后處理廠等,實現核電站乏燃料的離堆貯存、后處理、鈾資源的再利用以及高放廢物的深地處置。
中核集團自主攻克了乏燃料后處理系列關鍵技術,建成了我國第一座動力堆乏燃料后處理中間試驗廠,打通了核燃料閉合循環關鍵環節,為大幅提升鈾資源利用率奠定堅實技術基礎。
此外,在乏燃料后處理等方面,中核集團按照“以我為主,中外合作”的原則開展工作,積極開展國際合作,上半年,中核集團和法國阿海琺集團簽署了關于后處理再循環長期合作諒解備忘錄;中核集團與意大利國家電力公司簽署了《核能合作諒解備忘錄》,雙方將在核電建設、核電站運營和維護、燃料供應、退役及廢物管理等方面開展合作;中國國家原子能機構、英國能源與氣候變化部、中核集團、國際核能服務公司簽署了《關于加強民用核工業燃料循環全產業鏈合作的諒解備忘錄》,中英兩國將進一步深化在核燃料循環全產業鏈的合作,特別是在燃料循環和運輸、核設施退役、放射性廢物管理和處置等領域。