編者按
創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)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(guó)在核聚變實(shí)驗(yàn)中取得重大突破，帶動(dòng)了全球?qū)四軇?chuàng)新的熱潮，各核能主要大國(guó)也都取得了一些重要的創(chuàng)新成就，無(wú)論是在先進(jìn)反應(yīng)堆、核聚變中，還是在國(guó)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(dòng)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(dòng)實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)勁、綠色、健康的全球發(fā)展。本文對(duì)全球主要國(guó)家的重大核能科技創(chuàng)新成果進(jìn)行回顧，為我國(guó)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(kāi)始以來(lái)，俄羅斯就深陷戰(zhàn)爭(zhēng)與國(guó)際糾紛，關(guān)于俄羅斯各方面實(shí)力是否衰退的問(wèn)題在世界范圍內(nèi)展開(kāi)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(tái)上消失。
在核能創(chuàng)新方面，俄羅斯國(guó)家原子能公司(Rosatom)表示，俄羅斯開(kāi)始測(cè)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(huì)(Luch Scientific Production Association)提供了一批經(jīng)過(guò)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(cè)試。盧奇科學(xué)生產(chǎn)協(xié)會(huì)最新開(kāi)發(fā)的燃料元件，將用于Shelf-M小型堆項(xiàng)目。該協(xié)會(huì)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(huì)正計(jì)劃對(duì)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(kù)爾斯克核電廠3號(hào)機(jī)組中已裝入首根配有額外鈷吸收體(SDPK)的棒，未來(lái)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(cè)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(kù)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(guó)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(dòng)物。并且中國(guó)也開(kāi)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(duì)中大型哺乳動(dòng)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(chǎng)
在國(guó)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(hào)核潛艇，將成為波塞冬無(wú)人潛航器的載體。該艇長(zhǎng)184米，滿載排水量23760噸，安裝2臺(tái)核動(dòng)力反應(yīng)堆，水下最大航速32節(jié)，裝備6枚“波塞冬”核魚(yú)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(wú)人潛航器和核動(dòng)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(hào)核潛艇
此外，俄羅斯“軍火庫(kù)”設(shè)計(jì)局(Arsenal)文件顯示，國(guó)家航天集團(tuán)參與研發(fā)的“宙斯”核動(dòng)力太空拖船配裝了兆瓦級(jí)動(dòng)力裝置，已經(jīng)具備太空作戰(zhàn)能力。盡管只有寥寥數(shù)語(yǔ)，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(duì)于俄羅斯“宙斯”核動(dòng)力太空項(xiàng)目的關(guān)注。其中，作為項(xiàng)目核心的“兆瓦級(jí)核能動(dòng)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(kù)”設(shè)計(jì)局建議的在未來(lái)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(dòng)力太空項(xiàng)目概念圖
美國(guó) 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(guó)的創(chuàng)新活動(dòng)依舊走在引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的道路上，構(gòu)建了國(guó)防科技和國(guó)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室在2022年度開(kāi)展的核聚變實(shí)驗(yàn)中，“國(guó)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(lái)引發(fā)核聚變反應(yīng)。美國(guó)本次的重大科學(xué)突破，將為其國(guó)防及清潔能源未來(lái)發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施
美國(guó)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(shù)嶺國(guó)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(guó)核管理委員會(huì)(NRC)提交專題報(bào)告，為其示范項(xiàng)目選擇場(chǎng)地，并于當(dāng)年年底提交示范項(xiàng)目的施工許可申請(qǐng)。
三元結(jié)構(gòu)各向同性核燃料(TRISO)顆粒
美國(guó)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(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)機(jī)械臂，可以通過(guò)視覺(jué)、超聲波和渦流檢查。其設(shè)計(jì)用于通過(guò)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(guó)防科技創(chuàng)新方面，美國(guó)宣布哥倫比亞級(jí)戰(zhàn)略核潛艇于2022年正式通過(guò)研發(fā)測(cè)試，轉(zhuǎn)入制造階段，這是美國(guó)的第五代彈道導(dǎo)彈核潛艇，將是美國(guó)海軍有史以來(lái)建造的最大潛艇預(yù)計(jì)2027年完成制造。哥倫比亞級(jí)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(wú)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(jí)戰(zhàn)略核潛艇戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈艙
美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)宣布，為其熱核動(dòng)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(kāi)發(fā)和組裝一臺(tái)熱核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以便2026年前在地球軌道上開(kāi)展飛行演示，幫助監(jiān)測(cè)地月空間，美國(guó)軍方認(rèn)為這是一個(gè)高度優(yōu)先的戰(zhàn)略領(lǐng)域。該項(xiàng)目旨在開(kāi)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(guó)熱核推進(jìn)試驗(yàn)場(chǎng)
在核科技應(yīng)用創(chuàng)新方面，美國(guó)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(gè)“超級(jí)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(wú)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?？梢哉f(shuō)是放射性療法發(fā)展的新方向。
臨床FLASH放療示意圖
法國(guó) France
核科技創(chuàng)新相對(duì)疲軟，但后勁依舊充沛
2022年，法國(guó)國(guó)內(nèi)問(wèn)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(guó)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(cè)試案例提供給歐洲多國(guó)核監(jiān)管機(jī)構(gòu)聯(lián)合評(píng)審監(jiān)管審查。這次評(píng)審由法國(guó)核安全局(ASN)牽頭，捷克國(guó)家核安全辦公室(SUJB)和芬蘭輻射與核安全局(STUK)參與。通過(guò)這一行動(dòng)，法電確認(rèn)了其在促進(jìn)歐洲國(guó)家合作，支持加速國(guó)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(guó)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(duì)于法國(guó)氫能戰(zhàn)略路線圖的實(shí)現(xiàn)確實(shí)是個(gè)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(guó)也同步開(kāi)展了創(chuàng)新技術(shù)氫動(dòng)力汽車、氫動(dòng)力替代柴油機(jī)車、氫能載客列車的研發(fā)。
法國(guó)的一座核能制氫工廠
在國(guó)防科技創(chuàng)新方面，2022年，法國(guó)海軍“梭子魚(yú)”級(jí)攻擊型核潛艇首艇在法國(guó)布雷斯特軍港正式加入海軍作戰(zhàn)序列。“梭子魚(yú)”級(jí)攻擊型核潛艇是法國(guó)海軍第二代多用途攻擊型核潛艇，是法國(guó)海軍未來(lái)最為重要的水下作戰(zhàn)力量。該潛艇采用泵動(dòng)噴射推進(jìn)方式，水下噪音僅110分貝，核動(dòng)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(guò)24500馬力。K-15壓水型核反應(yīng)堆與美國(guó)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(guó)核潛艇使用的反應(yīng)堆中的鈾濃度高達(dá)95%。
“梭子魚(yú)”級(jí)攻擊型核潛艇
英國(guó) The UK
國(guó)內(nèi)雖然遇到諸多問(wèn)題，但科技創(chuàng)新動(dòng)力強(qiáng)勁
在經(jīng)歷了包括脫歐、疫情以后，英國(guó)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(wèn)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(guó)科技投資最強(qiáng)勁的行業(yè)。此外，利用技術(shù)來(lái)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(zhǎng)并擴(kuò)大規(guī)模。
在核能創(chuàng)新方面，英國(guó)牛津大學(xué)成功開(kāi)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(kāi)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?gòu)椡?。目前英?guó)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(jiǎn)單、更節(jié)能、更便宜。
用于發(fā)射高速射彈的大型兩級(jí)超高速氣槍
在開(kāi)發(fā)獨(dú)有核聚變技術(shù)的同時(shí)，英國(guó)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(cè)試取得了成功。該機(jī)器蛇可以用激光來(lái)切割舊管道，并將新管道焊接到位，使反應(yīng)堆能保持長(zhǎng)期正常運(yùn)作。
正在測(cè)試的機(jī)器蛇
在核動(dòng)力基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，英國(guó)國(guó)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(guó)國(guó)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(guó)航天局稱，這種方法為未來(lái)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(zhǎng)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(guó)國(guó)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(guó)國(guó)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(guó)第一種國(guó)產(chǎn)鉛-212的生產(chǎn)工藝，即能夠通過(guò)對(duì)核材料進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)分離和純化來(lái)生產(chǎn)鉛-212。目前，國(guó)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(wèn)題開(kāi)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(duì)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(zhǎng)期以來(lái)處于短缺狀態(tài)。
普雷斯頓實(shí)驗(yàn)室研發(fā)現(xiàn)場(chǎng)
在核能商業(yè)化創(chuàng)新方面，英國(guó)芯動(dòng)力科技公司(Core Power)首次展示了一個(gè)針對(duì)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(gè)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(lái)的優(yōu)勢(shì)是，它不受燃料價(jià)格波動(dòng)的影響，也能夠通過(guò)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(dòng)力技術(shù)演示圖
韓國(guó) 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(guó)政府進(jìn)行了換屆，對(duì)于核能的態(tài)度發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，也因此鼓勵(lì)和促進(jìn)了該國(guó)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(kāi)啟“核電站解體核心技術(shù)”研發(fā)工作，其申請(qǐng)的“放射性污染罐放射性物質(zhì)消減及拆解技術(shù)開(kāi)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(chǎng)價(jià)值。
新韓蔚核電站
韓國(guó)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(kāi)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(kāi)槽型池式研究堆，于2012年啟動(dòng)，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(guò)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(chǎng)址鳥(niǎo)瞰圖
在智能工廠方面，韓國(guó)電子通信研究院(ETRI)在2022年度向國(guó)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(gè)制造過(guò)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(dòng)化。在韓國(guó)重啟核電后，該類技術(shù)將應(yīng)用于韓國(guó)新建的核電站中。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(iot)服務(wù)演示
韓國(guó)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(guò)該協(xié)議建成并示范一座測(cè)試和示范設(shè)施，并為基于小型堆(SMR)的發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)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(guó)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(dòng)力創(chuàng)新方面，由于韓國(guó)的核能政策轉(zhuǎn)向，因此韓國(guó)三星重工加大了與韓國(guó)原子能研究所(KAERI)合作開(kāi)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(kāi)發(fā)技術(shù)還可以與三星集團(tuán)在氨動(dòng)力、氫動(dòng)力的先進(jìn)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃相輔相成，有望成為未來(lái)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(shì)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(kāi)放，并繼續(xù)保持著低調(diào)的科技大國(guó)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(huì)(SIMSA)之間達(dá)成合作協(xié)議，推動(dòng)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(dòng)。BWRX-300是一個(gè)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(dòng)安全系統(tǒng)，代表了自1955年以來(lái)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(niǎo)瞰圖
加拿大Prodigy清潔能源公司與美國(guó)NuScale電力公司一直在合作開(kāi)發(fā)具有競(jìng)爭(zhēng)力的海上核電技術(shù)。2022年度，兩家公司已聯(lián)合公開(kāi)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(gè)NuScale小型堆模塊。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)在關(guān)于小型堆開(kāi)發(fā)報(bào)告中稱，未來(lái)浮動(dòng)式小型堆電廠的趨勢(shì)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(dòng)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(guò)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(shí)，利用喬克河(Chalk River)實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)研究設(shè)施，開(kāi)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(kāi)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(wàn)千瓦鈉冷快堆ARC-100，使用金屬燃料，換料周期為20年。
10萬(wàn)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(guó)家核實(shí)驗(yàn)室(CNL)和與商業(yè)核聚變開(kāi)發(fā)商General Fusion于2022年開(kāi)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(dòng)力。雙方共同利用核實(shí)驗(yàn)室(CNL)先進(jìn)的氚設(shè)施來(lái)開(kāi)發(fā)提取氚的技術(shù)，以用于未來(lái)的聚變電站。
通用核聚變?cè)O(shè)施
此外，加拿大達(dá)靈頓核電廠2號(hào)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(cè)試。這標(biāo)志著利用達(dá)靈頓核電機(jī)組開(kāi)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(duì)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(guó)家 Other Countries
2022年，除了主要核能國(guó)家，還有一些國(guó)家也在努力發(fā)展核能技術(shù)創(chuàng)新，以期在未來(lái)的能源競(jìng)爭(zhēng)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(gè)步驟是把鈾-233投入釷中。隨后，熱中子增殖堆便立即啟動(dòng)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(guò)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(zhǎng)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(chǎng)
德國(guó)
德國(guó)：位于德國(guó)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?tīng)柺┨┮?—X(Wendelstein 7—X)在2022年中旬開(kāi)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(chǎng)約束核聚變等離子體，穩(wěn)定運(yùn)行提供動(dòng)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?tīng)柺┨┮?—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(kāi)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(kāi)展。瑞典公司LeadCold打算為反應(yīng)堆建造一個(gè)電熱模型，用來(lái)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(guó)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(kāi)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(cè)試設(shè)施的初步設(shè)計(jì)，該設(shè)施名為“獨(dú)特的綜合測(cè)試設(shè)施”(UNITY)，是世界上建設(shè)的首座此類設(shè)施。UNITY將通過(guò)工程模擬聚變動(dòng)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(duì)聚變發(fā)電廠中的一套能量轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行集成測(cè)試，此外，UNITY還配備了氚回收系統(tǒng)、測(cè)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(lái)看，UNITY是全球首個(gè)將聚變反應(yīng)堆技術(shù)作為一個(gè)綜合性系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的設(shè)施，具有開(kāi)創(chuàng)性設(shè)計(jì)，可在一個(gè)設(shè)施中測(cè)試聚變電廠所需多個(gè)系統(tǒng)。這種先進(jìn)的測(cè)試平臺(tái)將吸引聚變領(lǐng)域公司和人才，并幫助他們集中資源開(kāi)發(fā)聚變核心技術(shù)，對(duì)聚變技術(shù)發(fā)展有積極意義。
UNITY設(shè)施外場(chǎng)
比利時(shí)
比利時(shí)核能研究中心(SCK-CEN)和國(guó)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(guò)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?，F(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(guó)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(dòng)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(guò)外部中子源來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦外部中子源停用，裂變就會(huì)停止。這種方式使反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和建設(shè)更加簡(jiǎn)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(kāi)展研究性實(shí)驗(yàn)。
VR-2研究堆示意圖
