周培德：該如何評價我國快堆技術研發取得的成績

——與何祚庥先生商榷

　　□ 中國原子能科學研究院快堆研究中心 周培德

　　何祚庥先生2011年2月18日在《科學時報》發表了《我國是否已成快堆技術世界第八？鈾儲量是否可用三千年？》一文（以下簡稱何文）。

　　何文首先對2011年1月4日國內各大報刊、各大網站紛紛報道的關于我國后處理中試廠調試成功的新聞報道《我國核研究取得重大突破，核電站鈾資源將提升60倍》提出批評，同時又把已經過去半年之久的有關中國實驗快堆在2010年7月實現首次臨界的有關報道扯了進來，批判的鋒芒直指快堆。我和同事們讀后感到非常震驚！

　　筆者作為從事快堆研究和設計工作近20年的科技工作者，受同事們的委托，頗有些感想不得不發。

　　科技界的學術浮躁和浮夸一直為廣大科技工作者深惡痛絕，何文以此為批評對象，無疑占據了道德制高點，但拿快堆來舉例的確很不妥。

　　作為我國第一個快中子反應堆，作為列入國家中長期科技發展規劃（2006-2020年）的前沿技術，作為國家“863”高技術發展計劃的重大項目，中國實驗快堆的首次臨界和基本建成，對我國“壓水堆—快堆—聚變堆”核能“三步走”發展戰略實施和核科技創新具有重要意義！

　　這一重大成就已被評選為2010年我國核能行業、國防科技工業、科技界等“十大新聞”，也是全國557名院士投票評選的“2010年國內科技十大進展”。

　　但讓人十分遺憾的是，何文除了“大忽悠”、“相當地大吹大擂”、“這一報道大錯特錯，離事實真相太遠、太遠！”、“連世界上快中子增殖堆發電技術的現狀，都沒有說清楚”、“騙取科研經費、表揚、獎勵，包括升職等等的好處”等嚇人的帽子以外，我們沒有看到任何有說服力的分析和論述，很多描述已偏離了客觀事實。從學術上看，何文中也存在許多常識性的數據錯誤和概念錯誤，邏輯也有點混亂……這些很容易誤導公眾。

　　現就何文中有關快堆的部分內容與何先生商榷。

　　髴何文認為：“快中子堆所必須解決的重大問題之一，是必須有充足的核燃料，主要是钚239，240……的持續供應。其一次投入的所需核燃料總量達幾十噸之多，其中包括濃度為20%的濃縮鈾，或钚239～242，主要是钚239，此外還有大量在快堆里可燃燒的鈾238，而在壓水堆中，可燃燒的核燃料，約是70×4.5%=3.2噸。所以其核燃料的投入，一般約是壓水堆的10～20倍。”

　　事實上，一個百萬千瓦級快堆電站的初裝料約需要4.2噸工業钚，換算成MOX燃料約25噸。不同的反應堆堆芯設計其初裝料量略有差別。俄羅斯80萬千瓦快堆電站（BN-800）的初裝料中工業钚的量約為2.71噸，法國120萬千瓦“超鳳凰”快堆的初裝料中工業钚的量約為5.78噸。這些數據在國際原子能機構的技術文件（Fast Reactor Database 2005）中都能找到。一座百萬千瓦級壓水堆初裝料量（UO2）約75噸，其中鈾235約3噸多。“10～20倍”的數據不知是怎么算出來的。

　　髵何文認為：“快中子堆必須解決的重大技術問題，是安全問題——必須百分之百地確保它的可靠，尤其是可控的安全持續運轉。而一旦發生臨界事故，那就是不得了的大事故，是一次小型的核爆炸！”

　　何先生“曾有機會參加原子彈、氫彈的研究和開發”，應該很清楚原子彈與反應堆在設計原理、控制方式上完全不同。反應堆包括快中子堆，不是核爆炸裝置，無論發生何種嚴重的事故，反應堆都不可能發生核爆炸。這一點在反應堆幾十年的安全研究中已經獲得充分的理論和實驗支持。動輒用核爆炸來等同于假想的反應堆事故，把反應堆與核爆炸聯系在一起，容易誤導公眾。

　　髶何文認為：“快中子堆中的快中子飛行速度極快，是通常壓水堆熱中子速度的1500倍。如果說熱中子堆的運轉，要求做到毫秒級的精確控制，快中子堆就要做到微秒級的控制。”

　　反應堆的控制不取決于中子的飛行速度而取決于緩發中子的份額，這在1940年就已經被預見到；經過長時間的理論和實踐的檢驗，這已經成為反應堆控制和反應堆動力學的常識性基本概念之一。

　　黃祖洽先生著的《核反應堆動力學基礎》（原子能出版社，1983）教課書中第4頁寫道：“所有類型的裂變鏈式反應堆共同具有的、反應堆動力學的基本概念是反應性、中子一代時間及緩發中子。”黃先生書中第5頁和第25頁寫道：“緩發中子雖然在裂變產生的中子中占不到百分之一的分數，但在決定反應堆動力學的時間尺度（因而在反應堆的控制）方面卻極為重要。”

　　如果沒有緩發中子，無論是快堆還是壓水堆都是不可控的。快堆的緩發中子份額比熱堆稍小一點，這點小差別對反應堆的控制無本質影響。采用“中子飛行速度”作為反應堆控制或反應堆動力學的這些概念，不知依據在哪里。

　　髷何文指責從事快堆工作的同志“連世界上快中子增殖堆發電技術的現狀，都沒有說清楚”，并且斷言：“據我們所知，世界上至今還沒有任何一個發達國家已實現快中子堆核電站持續安全運轉供電。有些國家曾研發了一段時期，大多已停止研發。只有俄羅斯仍在堅持不懈地努力，也有個別試驗性電站在那里運行。俄羅斯在快中子堆應用方面的主導研發方向，是用快中子堆發電，作為核潛艇的動力。”

　　實際情況是，俄羅斯60萬千瓦的快堆電站（BN-600）自1980年投入運行以來一直在運行，至今已運行30年，平均負荷因子高于75%。法國25萬千瓦快堆電站（鳳凰堆）自1973年建成以來一直運行，直到前年因達到壽期關閉。國外確實有幾個國家（美國、德國、英國、意大利等）停止過一段時間的快堆研發。但在新世紀陸續又開始了。美國、法國、俄羅斯、日本、印度、韓國等都有研發和建設快堆的計劃，這些信息在媒體上是能找到的。蘇聯曾經研制出用鉛鉍做冷卻劑的快堆，確實是用于核潛艇，而且建了十來艘，后來因多種原因都廢棄了。俄羅斯現在確實有研究單位還在研究鉛鉍做冷卻劑的快堆，提出了幾個設計概念，說其用途既可以作為核電站，也可以作為核電源。俄羅斯主要發展的鈉冷快堆（已建成的BN-350、BN-600原型快堆電站），以及正在建設的BN-800快堆電站都是為了驗證用快堆發電的安全性、可靠性、經濟性等，最終是為了建設商用快堆核電站。何先生提出俄羅斯快堆應用方面主導的研發方向是作為核潛艇的動力判斷，主要依據是什么？

　　髸何文認為：“至于電價，目前的中國實驗快堆，每千瓦投資約是10萬元人民幣，比火力發電8000元/千瓦造價約高了10倍。其冷卻、傳熱系統用的是液體金屬鈉循環，其投資比高壓水冷卻的投資要大一些。”

　　這是一個常識性問題，世界上沒有誰用核電站的一個實驗裝置來評估或測算核電站的比投資的。中國實驗快堆是我國快堆工程技術研發的第一步，其立項的目標就是“建立裝置，掌握技術，培養人才，開展實驗”。發電是為了驗證其功能，并不追求其經濟性。中國實驗快堆總投資25億元，不僅僅包括工程設計和建設費用，還包括從“七五”以來的科研和實驗驗證費用。用中國實驗快堆的所謂投資數據與成熟的火力發電來比，肯定是不合適的。

　　髺何文認為：“但是，過去人們之所以認為快中子增殖堆能提高60倍的資源利用率，其前提是已認定壓水堆的資源利用率僅有1%；而如果壓水堆可提升到3%～4%，那么快中子堆的資源利用率就僅能再提高60÷（3～4）=15～20倍。”

　　按文獻，一般采用低濃鈾燃料的壓水堆的轉換比為0.59。如果將壓水堆產生的工業钚分離出來，再做成燃料裝堆繼續使用，如此無限重復，則對鈾資源的利用率為：

　　其中，0.714%是天然鈾中鈾235的含量。

　　如考慮燃料循環流程環節中的損耗等，即使多次循環，壓水堆對鈾資源的利用率只有1%左右（見Status of Liquid Metal Cooled Fast Breeder Reactors TRS NO.246 P.2）。快堆及其燃料循環系統對鈾資源的利用率一般認為可達到60%，一比就可以得出60倍的說法。何文中提到鈾資源利用率“壓水堆可提升到3%～4%”是從哪個國際文獻上找到的數據？另外，采用“如果壓水堆可提升到3%~4%，那么快中子堆的資源利用率就僅能再提高60÷（3～4）=15～20倍。”不知道想說明的是什么問題。

　　髼何文認為：“或者僅能支撐功率為7.5億～10億千瓦的核電站持續運轉50年！這比煤貢獻小多了，只能作為煤發電的重要補充，不可能取代煤，更趕不上水電。中國有5.4億千瓦技術可開發的水電資源，如能開發出來，完全能持續利用幾千年！”

　　何先生文中斷言“煤最多也只夠支撐100年！”我們理解這和“可開發的水電資源，如能開發出來，完全能持續利用幾千年！”的敘述一樣，都是有前提條件的，但何文的論述存在著邏輯上的混亂也是明顯的事實。

　　不同類型的能源都要為國家社會、經濟的發展作貢獻，不存在誰取代誰的問題，關鍵是優化結構，可持續發展。不知何文“或者僅能支撐功率為7.5億～10億千瓦的核電站持續運轉50年”的結論是如何得出的，文中找不到相應的數據和邊界條件可以推算出，但這與我們了解到的由眾多能源領域專家完成的中國工程院咨詢報告的預測大相徑庭。

　　何文說：“我國不僅不是‘世界上第八個擁有快堆技術的國家’，而且世界上至今只有俄羅斯才是接近擁有完整的快堆技術的國家。”

　　國際上快堆工程技術的發展一般要經過實驗堆—原型堆—示范堆等階段，建成實驗堆是一個國家擁有快堆技術的重要標志。我國實驗快堆于2010年7月首次臨界，標志著該工程項目基本建成。我國是繼美、俄（蘇）、法、英、日本、印度、德國等7個國家后第8個建成快堆的國家，這是無可爭辯的事實。

　　中國實驗快堆是我國第一座快中子實驗堆，可以進行快堆發電試驗，是快堆電站的一個原型。中國實驗快堆是在“七五”、“八五”、“九五”自主研發并突破關鍵技術的基礎上自主設計和建造的，并與俄羅斯、法國等進行了合作。與俄羅斯合作包括由俄羅斯進行技術咨詢、完成部分系統技術設計、使用俄羅斯的實驗臺架完成部分設計實驗驗證以及從俄羅斯采購部分關鍵設備。綜上，我國自主建設實驗快堆的說法并不為過。

　　何先生否認我國是“世界上第八個擁有快堆技術的國家”的主要理由，從邏輯上看是混淆了“反應堆的技術”和“商用核電站技術”，是混淆了“快堆技術”這一單項技術和“閉式核燃料循環技術”這一更大范圍技術上的差別，后者包括快堆技術、后處理技術、MOX核燃料元件技術等。

　　何文以輕蔑的態度對待我國幾代科技工作者經過幾十年艱苦努力在快堆技術領域取得的成就，的確使我和同事們都感到無法理解和接受。

　　髽何文說：“他們熱衷于‘上報’夸大的成績，也熱衷于向社會公眾‘宣揚’夸大的成績；以此來換取領導和社會公眾的‘支持’，以此來‘騙取’科研經費、表揚、獎勵，包括升職等等的‘好處’。”

　　從我國核能三步走戰略（熱堆—快堆—聚變堆）的科研投入上來看，戰略第一步的壓水堆的研發經費會超過百億元；戰略第三步聚變堆（主要是參加ITER項目的經費）的研發經費也要近百億元；而作為承上啟下的快堆的研發投入截至目前還不超過27億元，其中絕大部分是實驗快堆工程的建設投資。我國快堆技術研發是從上世紀60年代中期就開始了，至今有40多年了，那么多年也就一億多的基礎研究和工程技術研究投入。不知“騙取”經費的帽子是如何扣上來的？幾代人埋頭苦干了幾十年，好不容易取得了快堆工程技術發展的重要成就，上了回電視和報紙，怎么就成了熱衷于上報成績、熱衷于向社會公眾宣傳夸大成績呢？

　　筆者十分景仰核科技領域老一輩科學家，他們淵博的學識、嚴謹的學風和獻身祖國核科技事業的精神無不感染著后來人。筆者今天對何先生本人仍然保持著尊敬，上面的文字如有得罪之處，懇望何先生海涵。