編者按
創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，科技是戰(zhàn)勝困難的有力武器。2022年，世界百年未有之大變局加速演進(jìn)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，科技創(chuàng)新不斷為全人類賦能、為共同發(fā)展助力。在核能的科技創(chuàng)新方面，美國在核聚變實(shí)驗(yàn)中取得重大突破，帶動了全球?qū)四軇?chuàng)新的熱潮，各核能主要大國也都取得了一些重要的創(chuàng)新成就，無論是在先進(jìn)反應(yīng)堆、核聚變中，還是在國防科技、核科技應(yīng)用、先進(jìn)技術(shù)耦合發(fā)展中，全球核能科技界始終保持著推動完善全球科技治理的初心，讓科技成果為更多人所及所享，推動實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)勁、綠色、健康的全球發(fā)展。本文對全球主要國家的重大核能科技創(chuàng)新成果進(jìn)行回顧，為我國2023年度的核能科技創(chuàng)新提供一些合作思路。
俄羅斯 Russia
陷入地緣政治旋渦中的艱難創(chuàng)新
自2022年2月俄烏事件開始以來，俄羅斯就深陷戰(zhàn)爭與國際糾紛，關(guān)于俄羅斯各方面實(shí)力是否衰退的問題在世界范圍內(nèi)展開了激烈的討論。在這一年內(nèi)，盡管俄羅斯的注意力主要放在軍事戰(zhàn)備上，但在核科技方面，俄羅斯的身影卻未曾在世界舞臺上消失。
在核能創(chuàng)新方面，俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)表示，俄羅斯開始測試小型堆(SMR)燃料棒。位于波多利斯克市的盧奇科學(xué)生產(chǎn)協(xié)會(Luch Scientific Production Association)提供了一批經(jīng)過多次改進(jìn)的鈾-鈮燃料元件樣品，用于在季米特洛夫格勒市反應(yīng)堆研究所(NIIAR)進(jìn)行測試。盧奇科學(xué)生產(chǎn)協(xié)會最新開發(fā)的燃料元件，將用于Shelf-M小型堆項(xiàng)目。該協(xié)會首次將Block技術(shù)用于鈾-鈮燃料棒燃料芯塊生產(chǎn)，免除了燃料部件擠壓工序，從而節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間。該技術(shù)已獲得專利。目前盧奇科學(xué)生產(chǎn)協(xié)會正計(jì)劃對鈾-鈮燃料棒模型進(jìn)行熱試。
俄羅斯小型堆試驗(yàn)性核燃料組件
2022年中旬，俄羅斯庫爾斯克核電廠3號機(jī)組中已裝入首根配有額外鈷吸收體(SDPK)的棒，未來將生產(chǎn)鈷-60。這座RBMK反應(yīng)堆將裝載27根SDPK棒，并將不斷監(jiān)測中子物理特性。這項(xiàng)工作是在俄羅斯原子能工業(yè)公司(Rosenergoatom)“RBMK型反應(yīng)堆鈷-60生產(chǎn)組織”項(xiàng)目下進(jìn)行的。俄羅斯原子能工業(yè)公司將利用核電反應(yīng)堆的獨(dú)特能力，生產(chǎn)可用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的放射源。
庫爾斯克核電廠機(jī)組反應(yīng)堆容器
在核科技應(yīng)用創(chuàng)新方面，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院布德克核物理研究所和新西伯利亞國立大學(xué)的科研人員利用硼中子捕獲療法治愈了一組貓和狗的癌癥，首次實(shí)現(xiàn)了利用加速器中子源治愈患有癌癥的動物。并且中國也開始借助俄羅斯制造的加速器中子源治療癌癥。這項(xiàng)世界上首次關(guān)于中子對中大型哺乳動物的治療效果的研究是向人類臨床試驗(yàn)邁出的重要一步。
俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院布德克核物理研究所實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場
在國防科技創(chuàng)新方面，俄羅斯首次接收了在塞維那工廠生產(chǎn)的09852型“別爾哥羅德”號核潛艇，將成為波塞冬無人潛航器的載體。該艇長184米，滿載排水量23760噸，安裝2臺核動力反應(yīng)堆，水下最大航速32節(jié)，裝備6枚“波塞冬”核魚雷和攜帶特種情報(bào)作戰(zhàn)系統(tǒng)，可以攻擊敵方水下通信網(wǎng)絡(luò)，還可向深海運(yùn)送無人潛航器和核動力深海工作站，執(zhí)行研究勘探和偵察作戰(zhàn)任務(wù)，實(shí)戰(zhàn)部署后成為“軍民兩用”、“核常兼?zhèn)?rdquo;的重要戰(zhàn)略威懾力量。
“別爾哥羅德”號核潛艇
此外，俄羅斯“軍火庫”設(shè)計(jì)局(Arsenal)文件顯示，國家航天集團(tuán)參與研發(fā)的“宙斯”核動力太空拖船配裝了兆瓦級動力裝置，已經(jīng)具備太空作戰(zhàn)能力。盡管只有寥寥數(shù)語，但是在太空軍事化日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，該則消息再次引起了各界對于俄羅斯“宙斯”核動力太空項(xiàng)目的關(guān)注。其中，作為項(xiàng)目核心的“兆瓦級核能動力裝置”，其研制工作由俄羅斯凱爾迪什研究中心牽頭，據(jù)稱“軍火庫”設(shè)計(jì)局建議的在未來俄羅斯火星基地建造的核電站也使用該反應(yīng)堆。
“宙斯”核動力太空項(xiàng)目概念圖
美國 The US
核聚變?nèi)〉脷v史性突破，核能相關(guān)創(chuàng)新齊頭并進(jìn)
2022年，美國的創(chuàng)新活動依舊走在引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的道路上，構(gòu)建了國防科技和國家科技“兩翼齊飛”的新局面，尤其在先進(jìn)能源領(lǐng)域，特別是聚變領(lǐng)域取得了重大突破。
在先進(jìn)能源方面，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室在2022年度開展的核聚變實(shí)驗(yàn)中，“國家點(diǎn)火設(shè)施”向目標(biāo)輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，首次實(shí)現(xiàn)凈能量增益。本次試驗(yàn)采用的慣性約束核聚變是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的兩大主流方案之一，該技術(shù)利用激光的沖擊波使得通常包含氘和氚的燃料球達(dá)到極高的溫度和壓力，來引發(fā)核聚變反應(yīng)。美國本次的重大科學(xué)突破，將為其國防及清潔能源未來發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的國家點(diǎn)火設(shè)施
美國X能源公司(X-energy)于2022年11月完成了小型高溫氣冷堆Xe-100的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，并在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的中試規(guī)模設(shè)施中利用天然鈾，制造了首批三元結(jié)構(gòu)各向同性核燃料(TRISO)顆粒。X-energy計(jì)劃2023年向美國核管理委員會(NRC)提交專題報(bào)告，為其示范項(xiàng)目選擇場地，并于當(dāng)年年底提交示范項(xiàng)目的施工許可申請。
三元結(jié)構(gòu)各向同性核燃料(TRISO)顆粒
美國比弗谷核電站大修成功也是核工業(yè)科技創(chuàng)新的典范工程。在2022年度這次大修中，比弗谷核電團(tuán)隊(duì)首次使用了西屋雙子座機(jī)器人檢查系統(tǒng)，用于封頭檢查。雙子座系統(tǒng)使用兩個獨(dú)立的關(guān)節(jié)機(jī)械臂，可以通過視覺、超聲波和渦流檢查。其設(shè)計(jì)用于通過機(jī)頭架上的人員進(jìn)出口進(jìn)行安裝和拆卸，從而減少了安裝或拆卸設(shè)備時(shí)拆卸機(jī)頭的需要。
雙子座機(jī)器人檢查系統(tǒng)
在國防科技創(chuàng)新方面，美國宣布哥倫比亞級戰(zhàn)略核潛艇于2022年正式通過研發(fā)測試，轉(zhuǎn)入制造階段，這是美國的第五代彈道導(dǎo)彈核潛艇，將是美國海軍有史以來建造的最大潛艇預(yù)計(jì)2027年完成制造。哥倫比亞級戰(zhàn)略核潛艇最顯著的特點(diǎn)在于其搭載的核反應(yīng)堆壽命與潛艇全壽命周期基本相同，無需進(jìn)船塢更換核燃料，還可以顯著提高潛艇在航率，相當(dāng)于減少了潛艇需求數(shù)量。此外該潛艇可能搭載高超音速武器，同時(shí)具備核和常規(guī)的進(jìn)攻性戰(zhàn)略打擊能力，極具威懾力。
哥倫比亞級戰(zhàn)略核潛艇戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈艙
美國國防部高級研究計(jì)劃局(DARPA)宣布，為其熱核動力航天器演示計(jì)劃第二、第三階段征集提案。該計(jì)劃名為“敏捷雙月演示火箭”(DRACO)，旨在設(shè)計(jì)、開發(fā)和組裝一臺熱核火箭發(fā)動機(jī)，以便2026年前在地球軌道上開展飛行演示，幫助監(jiān)測地月空間，美國軍方認(rèn)為這是一個高度優(yōu)先的戰(zhàn)略領(lǐng)域。該項(xiàng)目旨在開發(fā)一種用于地月空間的熱核推進(jìn)系統(tǒng)，使用核裂變反應(yīng)堆工作。與電力推進(jìn)系統(tǒng)相比，其熱核推進(jìn)系統(tǒng)的推力重量比高約10000倍。
美國熱核推進(jìn)試驗(yàn)場
在核科技應(yīng)用創(chuàng)新方面，美國辛辛那提大學(xué)首次嘗試了臨床FLASH放療和首次FLASH質(zhì)子治療。這也是全球首個“超級質(zhì)子治療”的臨床試驗(yàn)。FLASH 療法是一種實(shí)驗(yàn)性的治療方式，原理是在不到一秒的時(shí)間內(nèi)以超高劑量率提供放射療法，比傳統(tǒng)放射療法的速度快了100 倍。能達(dá)到一次照射摧毀所有癌細(xì)胞，而正常細(xì)胞無損害的效果。質(zhì)子提供的超高劑量率輻射，還能治療位于身體深處的腫瘤。可以說是放射性療法發(fā)展的新方向。
臨床FLASH放療示意圖
法國 France
核科技創(chuàng)新相對疲軟，但后勁依舊充沛
2022年，法國國內(nèi)問題頻出，加上政府換屆、能源危機(jī)、新冠疫情等一系列重大事件，導(dǎo)致科技創(chuàng)新整體節(jié)奏放緩，在核能科技創(chuàng)新方面，成果雖少但依舊具有亮點(diǎn)。
在核能創(chuàng)新方面，2022年，法國電力公司(EDF)宣布，其NUWARD模塊化小堆設(shè)計(jì)將成為試點(diǎn)案例，并作為測試案例提供給歐洲多國核監(jiān)管機(jī)構(gòu)聯(lián)合評審監(jiān)管審查。這次評審由法國核安全局(ASN)牽頭，捷克國家核安全辦公室(SUJB)和芬蘭輻射與核安全局(STUK)參與。通過這一行動，法電確認(rèn)了其在促進(jìn)歐洲國家合作，支持加速國際模塊化小堆取證，進(jìn)而推進(jìn)小堆法規(guī)協(xié)調(diào)方面的領(lǐng)先地位。
NUWARD模塊化小堆設(shè)計(jì)模型
此外，在核能制氫方面，2022年底，法國政府宣布“已保證2吉瓦電解水制氫設(shè)備”投入使用，并重申發(fā)展綠氫是工業(yè)脫碳的支點(diǎn)之一。這對于法國氫能戰(zhàn)略路線圖的實(shí)現(xiàn)確實(shí)是個不小的進(jìn)步。與之匹配的是，為了更好進(jìn)行氫能應(yīng)用，法國也同步開展了創(chuàng)新技術(shù)氫動力汽車、氫動力替代柴油機(jī)車、氫能載客列車的研發(fā)。
法國的一座核能制氫工廠
在國防科技創(chuàng)新方面，2022年，法國海軍“梭子魚”級攻擊型核潛艇首艇在法國布雷斯特軍港正式加入海軍作戰(zhàn)序列。“梭子魚”級攻擊型核潛艇是法國海軍第二代多用途攻擊型核潛艇，是法國海軍未來最為重要的水下作戰(zhàn)力量。該潛艇采用泵動噴射推進(jìn)方式，水下噪音僅110分貝，核動力裝置在K15壓水式核反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上實(shí)施改進(jìn)，總功率超過24500馬力。K-15壓水型核反應(yīng)堆與美國核潛艇上的反應(yīng)堆則有很大不同：它以低濃度的鈾作為燃料用在反應(yīng)堆中，鈾濃度只有7-20%，而美國核潛艇使用的反應(yīng)堆中的鈾濃度高達(dá)95%。
“梭子魚”級攻擊型核潛艇
英國 The UK
國內(nèi)雖然遇到諸多問題，但科技創(chuàng)新動力強(qiáng)勁
在經(jīng)歷了包括脫歐、疫情以后，英國的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)在2022年顯示出了強(qiáng)勁的反彈力，雖然經(jīng)歷了三位首相換屆的窘境，也遇到了能源危機(jī)等諸多問題，但依舊位列全球創(chuàng)新生態(tài)排名第二。其中金融科技成為了英國科技投資最強(qiáng)勁的行業(yè)。此外，利用技術(shù)來解決包括氣候變化在內(nèi)的挑戰(zhàn)的科技公司，也繼續(xù)增長并擴(kuò)大規(guī)模。
在核能創(chuàng)新方面，英國牛津大學(xué)成功開發(fā)出一種高速射彈引發(fā)核聚變的技術(shù)，使核聚變的現(xiàn)實(shí)路徑又多了一種選擇。牛津大學(xué)開發(fā)的技術(shù)不使用復(fù)雜而昂貴的激光或磁鐵，而是使用高速彈丸。目前英國相關(guān)專家普遍認(rèn)為，射彈核聚變有可能是實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的核聚變發(fā)電的最快途徑，因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)方法更簡單、更節(jié)能、更便宜。
用于發(fā)射高速射彈的大型兩級超高速氣槍
在開發(fā)獨(dú)有核聚變技術(shù)的同時(shí)，英國牛津大學(xué)也積極參與ITER計(jì)劃的相關(guān)任務(wù)，并成功研發(fā)了一款用于維修核聚變電站反應(yīng)堆的原型機(jī)器蛇，2022年度首次測試取得了成功。該機(jī)器蛇可以用激光來切割舊管道，并將新管道焊接到位，使反應(yīng)堆能保持長期正常運(yùn)作。
正在測試的機(jī)器蛇
在核動力基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，英國國家核實(shí)驗(yàn)室(NNL)已經(jīng)證明，镅可以從民用發(fā)電廠使用的再加工核燃料中提取，并制成燃料球，形成電池的核心。并且，英國國家核實(shí)驗(yàn)室(NNL)于2022年中旬利用镅元素進(jìn)行發(fā)電的實(shí)驗(yàn)首次獲得成功。英國航天局稱，這種方法為未來航天器太空飛行和探索宇宙提供了能源供應(yīng)的新途徑，使用這種供電方式為太空飛行器提供能源，可以支持其執(zhí)行太空任務(wù)長達(dá)400年。
歐洲航天局希望阿爾戈登月任務(wù)使用镅元素的電池供電(構(gòu)想圖)
此外，2022年，英國國家核實(shí)驗(yàn)室(NNL)在放射性同位素鉛-212生產(chǎn)方面取得突破性進(jìn)展。英國國家核實(shí)驗(yàn)室(NNL)下屬的普雷斯頓實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了英國第一種國產(chǎn)鉛-212的生產(chǎn)工藝，即能夠通過對核材料進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)分離和純化來生產(chǎn)鉛-212。目前，國家實(shí)驗(yàn)室正在就鉛-212的質(zhì)量保證和規(guī)模生產(chǎn)等問題開展進(jìn)一步研究。鉛-212是一種重要的醫(yī)用放射性同位素，可用于靶向治療，在破壞癌細(xì)胞的同時(shí)最大限度的減少對身體其他健康部位的損害。鑒于生產(chǎn)難度較大，鉛-212的全球供應(yīng)長期以來處于短缺狀態(tài)。
普雷斯頓實(shí)驗(yàn)室研發(fā)現(xiàn)場
在核能商業(yè)化創(chuàng)新方面，英國芯動力科技公司(Core Power)首次展示了一個針對集裝箱船領(lǐng)域的核電推進(jìn)系統(tǒng)(NEPS)。該演示表明，考慮到目前的燃料價(jià)格和碳稅，裝有單個熔鹽反應(yīng)堆的14kTEU船舶的總生命周期成本可降低為傳統(tǒng)推進(jìn)能力船舶的一半。該技術(shù)帶來的優(yōu)勢是，它不受燃料價(jià)格波動的影響，也能夠通過更快的航行提高船舶效率，并產(chǎn)生零排放。在全球擴(kuò)大綠能的背景下，核電推進(jìn)正在引起業(yè)界的更多興趣，而這被認(rèn)為是航運(yùn)業(yè)去碳化的關(guān)鍵。
Core Power公司用于海洋運(yùn)輸和重工業(yè)的可擴(kuò)展原子動力技術(shù)演示圖
韓國 South Korea
伴隨核能政策轉(zhuǎn)向，科技創(chuàng)新厚積薄發(fā)
2022年，韓國政府進(jìn)行了換屆，對于核能的態(tài)度發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，也因此鼓勵和促進(jìn)了該國核能科技創(chuàng)新的進(jìn)程。
在核能創(chuàng)新方面，蔚山市政府宣布正式開啟“核電站解體核心技術(shù)”研發(fā)工作，其申請的“放射性污染罐放射性物質(zhì)消減及拆解技術(shù)開發(fā)”課題成功當(dāng)選為中央政府產(chǎn)業(yè)通商資源部支持項(xiàng)目，將獲得高達(dá)26億韓元的財(cái)政補(bǔ)助。蔚山市政府稱，該課題有望在2023年完成，技術(shù)研發(fā)成功后可用于同時(shí)拆解30座以上的放射性污染罐，創(chuàng)造60億韓元的市場價(jià)值。
新韓蔚核電站
韓國原子能研究院(KAERI)新研究堆項(xiàng)目組2022年正式發(fā)表了關(guān)于KIJANG研究堆(KJRR)的最新進(jìn)展報(bào)告。KJRR是一座熱功率為15 MWt的開槽型池式研究堆，計(jì)劃2027年首次臨界，旨在利用低濃鈾生產(chǎn)和供應(yīng)鉬-99等重要醫(yī)用放射性同位素。KJRR是一座熱功率為15 MWt的開槽型池式研究堆，于2012年啟動，計(jì)劃2027年首次臨界，旨在生產(chǎn)和供應(yīng)鉬-99等重要的醫(yī)用放射性同位素，并通過中子嬗變摻雜(NTD)生產(chǎn)半導(dǎo)體。
注：①反應(yīng)堆廠房;②公用事業(yè)大樓;③裂變鉬生產(chǎn)設(shè)施(FMPF)大樓;④放射性同位素生產(chǎn)設(shè)施(RIPF)大樓;⑤放射性廢物處理設(shè)施(RWTF)大樓
KJRR場址鳥瞰圖
在智能工廠方面，韓國電子通信研究院(ETRI)在2022年度向國內(nèi)外成功展示了同時(shí)實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視智能工廠設(shè)施和機(jī)器人的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(iot)服務(wù)”。這種智能工廠技術(shù)的核心是在整個制造過程中應(yīng)用信息通信技術(shù)(ICT)，遠(yuǎn)程控制各種流程，同時(shí)使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動化。在韓國重啟核電后，該類技術(shù)將應(yīng)用于韓國新建的核電站中。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(iot)服務(wù)演示
韓國原子能研究所(KAERI)、韓華電力系統(tǒng)公司(Hanwha Power Systems Co, Ltd)、現(xiàn)代工程公司(Hyundai Engineering Co, Ltd,)、慶尚北道(Gyeongsangbuk-do)和慶州市(Gyeongju)簽署超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)商業(yè)化協(xié)議。各方計(jì)劃通過該協(xié)議建成并示范一座測試和示范設(shè)施，并為基于小型堆(SMR)的發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)。超臨界二氧化碳溫度高達(dá)700℃，有可能被用于布雷頓循環(huán)。在將發(fā)電廠的熱量轉(zhuǎn)化為能源方面，布雷頓循環(huán)有可能比當(dāng)今火電廠使用的傳統(tǒng)的基于蒸汽的朗肯循環(huán)更有效。
韓國各創(chuàng)新企業(yè)簽署超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)商業(yè)化協(xié)議
在核動力創(chuàng)新方面，由于韓國的核能政策轉(zhuǎn)向，因此韓國三星重工加大了與韓國原子能研究所(KAERI)合作開發(fā)的熔鹽反應(yīng)堆投入力度。三星重工表示，這項(xiàng)核能開發(fā)技術(shù)還可以與三星集團(tuán)在氨動力、氫動力的先進(jìn)研究開發(fā)計(jì)劃相輔相成，有望成為未來航運(yùn)、航空業(yè)的替代型低碳能源。
三星船廠實(shí)景
加拿大 Canada
始終保持低調(diào)的科技創(chuàng)新發(fā)展勢頭
2022年，加拿大實(shí)現(xiàn)了后疫情時(shí)代的經(jīng)濟(jì)重新開放，并繼續(xù)保持著低調(diào)的科技大國氣質(zhì)，在核能科技創(chuàng)新方面，不聲不響的取得了一些重要成果。
在核能創(chuàng)新方面，日立核能(GEH)的加拿大子公司與薩斯喀徹溫省工業(yè)和采礦供應(yīng)商協(xié)會(SIMSA)之間達(dá)成合作協(xié)議，推動了BWRX-300小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)在加拿大薩斯喀徹溫省的潛在部署行動。BWRX-300是一個約300MWe的水冷自然循環(huán)小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)，帶有非能動安全系統(tǒng)，代表了自1955年以來最具創(chuàng)新性的沸水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。
BWRX-300小型模塊化反應(yīng)堆部署鳥瞰圖
加拿大Prodigy清潔能源公司與美國NuScale電力公司一直在合作開發(fā)具有競爭力的海上核電技術(shù)。2022年度，兩家公司已聯(lián)合公開一款基于小型堆(SMR)技術(shù)的海上核電廠概念設(shè)計(jì)，該電廠可以為全球沿海地區(qū)輸送安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的電力。該海上核電廠能夠裝備1-12個NuScale小型堆模塊。國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)在關(guān)于小型堆開發(fā)報(bào)告中稱，未來浮動式小型堆電廠的趨勢愈加明顯，這種完全能夠進(jìn)行工廠化制造的設(shè)計(jì)可為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供即插即用式的電力和熱能。
加美合作的海上浮動概念堆
加拿大先進(jìn)反應(yīng)堆概念公司(ARC)與加拿大核實(shí)驗(yàn)室(CNL)進(jìn)行合作，研發(fā)了ARC-100模塊化小堆燃料制造工藝。通過加拿大核研究基金(CNRI)提供的資金，核實(shí)驗(yàn)室將為ARC公司提供核燃料制造方面的專業(yè)知識，利用喬克河(Chalk River)實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)研究設(shè)施，開發(fā)用于ARC技術(shù)的原型燃料細(xì)棒生產(chǎn)線。核實(shí)驗(yàn)室還將為開發(fā)“加拿大制造”生產(chǎn)線提供一套合格的程序。ARC公司計(jì)劃于2029年底前在新不倫瑞克省萊普羅角建成一座10萬千瓦鈉冷快堆ARC-100，使用金屬燃料，換料周期為20年。
10萬千瓦鈉冷快堆ARC-100概念圖
在聚變領(lǐng)域，加拿大也不甘落后。加拿大國家核實(shí)驗(yàn)室(CNL)和與商業(yè)核聚變開發(fā)商General Fusion于2022年開展了一系列聯(lián)合項(xiàng)目，以加速在加拿大部署商業(yè)核聚變動力。雙方共同利用核實(shí)驗(yàn)室(CNL)先進(jìn)的氚設(shè)施來開發(fā)提取氚的技術(shù)，以用于未來的聚變電站。
通用核聚變設(shè)施
此外，加拿大達(dá)靈頓核電廠2號機(jī)組鉬-99靶輸送系統(tǒng)已正式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通電，使部分已安裝的系統(tǒng)能夠進(jìn)行初步測試。這標(biāo)志著利用達(dá)靈頓核電機(jī)組開展鉬-99生產(chǎn)取得了重要進(jìn)展。達(dá)靈頓核電廠4座反應(yīng)堆均為加壓重水堆，能夠在不停堆的情況下插入和取出鉬靶，可以保障鉬-99的穩(wěn)定供應(yīng)。相對于需要使用高濃鈾靶的傳統(tǒng)鉬-99生產(chǎn)技術(shù)，這一新技術(shù)消除了擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。
加拿大達(dá)靈頓核電廠
其他國家 Other Countries
2022年，除了主要核能國家，還有一些國家也在努力發(fā)展核能技術(shù)創(chuàng)新，以期在未來的能源競爭中占據(jù)一席之地。
印度
2022年，印度第一座用釷作燃料的核能反應(yīng)堆——先進(jìn)重水反應(yīng)堆(AHWR)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成。理論上，釷反應(yīng)堆技術(shù)的第一步是利用傳統(tǒng)的鈾燃料反應(yīng)堆產(chǎn)生的副產(chǎn)品钚。然后，將生成的钚投入快中子增殖反應(yīng)堆中，與更多鈾進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生更多的钚。這一步驟的目的是為了得到更多中子，中子達(dá)到一定數(shù)目后，就能夠轟擊釷，讓釷裂變?yōu)殁?233。釷反應(yīng)的最后一個步驟是把鈾-233投入釷中。隨后，熱中子增殖堆便立即啟動了，以后只需添加釷礦，核反應(yīng)堆就能一直維持正常工作狀態(tài)。不過目前AHWR更多的是為燃料轉(zhuǎn)換循環(huán)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并示范其安全性。設(shè)計(jì)完成并不代表釷核能計(jì)劃已邁入第三階段，離實(shí)際應(yīng)用還有很長的距離要走。
孟加拉海灣附近的先進(jìn)重水反應(yīng)堆(AHWR)現(xiàn)場
德國
德國：位于德國東北部城市格賴夫斯瓦爾德的大型核聚變裝置仿星器文德爾施泰因7—X(Wendelstein 7—X)在2022年中旬開啟了連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，并在高溫下創(chuàng)造產(chǎn)生了高溫等離子體等“聚變產(chǎn)物”。仿星器是以磁場約束核聚變等離子體，穩(wěn)定運(yùn)行提供動力的實(shí)驗(yàn)裝置。目前，世界核聚變實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用的是托卡馬克(tokamak)磁約束技術(shù)路線，而仿星器則是另一種在研的磁約束技術(shù)路線。
仿星器文德爾施泰因7—X裝置
瑞典
2022年，瑞典公司LeadCold與荷蘭核能公司NGR宣部合作開展小型模塊化鉛冷快堆設(shè)計(jì)。其中瑞典公司LeadCold承擔(dān)堆型設(shè)計(jì)，安全分析則由兩家公司分別獨(dú)立開展。瑞典公司LeadCold打算為反應(yīng)堆建造一個電熱模型，用來驗(yàn)證荷蘭核能公司NGR提供的先進(jìn)三維模擬技術(shù)。與此同時(shí)，瑞典公司LeadCold公司還宣布與本國皇家技術(shù)研究所合作研發(fā)四代核電所需要的特種鋼鐵材料。著力開發(fā)定制符合鉛冷堆“SEALER(Swedish Advanced Lead Reactor) ”所需的特種鋼鐵材料。
小型模塊化鉛冷快堆概念圖
日本
2022年，日本京都聚變工程公司(Kyoto Fusioneering)完成了聚變電廠設(shè)備綜合測試設(shè)施的初步設(shè)計(jì)，該設(shè)施名為“獨(dú)特的綜合測試設(shè)施”(UNITY)，是世界上建設(shè)的首座此類設(shè)施。UNITY將通過工程模擬聚變動力核心內(nèi)的熱和電磁環(huán)境，在不使用核反應(yīng)的情況下對聚變發(fā)電廠中的一套能量轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行集成測試，此外，UNITY還配備了氚回收系統(tǒng)、測試毯模塊、液態(tài)金屬和熔鹽的主要冷卻回路、熱交換器等，可以模擬等離子加熱、等離子排氣、氫氚泵和聚變?nèi)剂涎h(huán)演示等。分析來看，UNITY是全球首個將聚變反應(yīng)堆技術(shù)作為一個綜合性系統(tǒng)進(jìn)行測試的設(shè)施，具有開創(chuàng)性設(shè)計(jì)，可在一個設(shè)施中測試聚變電廠所需多個系統(tǒng)。這種先進(jìn)的測試平臺將吸引聚變領(lǐng)域公司和人才，并幫助他們集中資源開發(fā)聚變核心技術(shù)，對聚變技術(shù)發(fā)展有積極意義。
UNITY設(shè)施外場
比利時(shí)
比利時(shí)核能研究中心(SCK-CEN)和國家放射性元素研究所(IRE)宣布了擴(kuò)大镥-177生產(chǎn)的計(jì)劃。這種放射性同位素在治療前列腺癌等方面前景廣闊。在過去的兩年里，比利時(shí)核能研究中心為充分改進(jìn)創(chuàng)新的純镥-177生產(chǎn)方法，做了大量研發(fā)工作。現(xiàn)在，該中心已準(zhǔn)備好將研究成果應(yīng)用于一條大規(guī)模生產(chǎn)線。
镥-177生產(chǎn)與試驗(yàn)
捷克
2022年，捷克理工大學(xué)(CTU)核科學(xué)與物理工程學(xué)院(FNSPE)VR-2研究堆建設(shè)項(xiàng)目獲得了捷克國家核安全辦公室(SúJB)的批準(zhǔn)。核科學(xué)與物理工程學(xué)院2014年啟動了VR-2研究堆項(xiàng)目，2020年獲得了反應(yīng)堆選址許可。VR-2研究堆將處于次臨界狀態(tài)，運(yùn)行只能通過外部中子源來實(shí)現(xiàn)。一旦外部中子源停用，裂變就會停止。這種方式使反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和建設(shè)更加簡單。VR-2研究堆將主要用于核工程專業(yè)的教學(xué)。此外，它還將用于開展研究性實(shí)驗(yàn)。
VR-2研究堆示意圖
