记得去年年底,网络上有一个吸睛的名词,谓之“核电宝”,据说这是中科院推出的又一黑科技。不过,由于“核电宝”提出概念后,便没有然后了,人们也就渐渐淡忘这个玩意儿。
而实际上,核电宝并不仅仅是个概念,而确实是一项前沿核能技术,且正在研发中。今年我国取得突破性进展的两项核技术,ADS和可控核聚变,就使用着和“核电宝”相同的核心技术,这就是铅冷技术。或者说,不论是核电宝,还是我国的ADS,甚至未来的可控核聚变技术,都可以说是属于铅基堆的范畴。

对于反应堆,低压意味着反应堆管道和设备的承压要求大大降低,甚至普通的金属管和设备就可以用在铅基堆上,这让铅基堆的建造成本变得低廉,而高温则意味着核能转化为电能的效率更高,让核电变得更加的经济。
而这还只是铅基堆的基本优点,理论上,用铅合金做冷却剂的反应堆,冷却剂可以因堆芯内外的温差,进行自然循环。简单地说,就是即使反应堆一回路不设计主泵,冷却剂也可以自然循环带出堆芯的热量,实现反应堆一回路的“非能动”设计。
铅基堆的这个特点让核科学家们眼前一亮,如果不布置主泵,将堆芯设计得足够小,然后利用反应堆内产生的热量进行温差(或其他半导体材料)发电,那岂不是就成了可以随意移动,且能量源源不断的充电宝了?这也就是用铅基堆设计“核电宝”的基本思路之一。

随着对铅基堆技术研究的深入,科学家们渐渐发现,铅基堆几乎算是能够终结传统反应堆缺点的“完美堆型”。例如,铅基堆就不存在传统压水堆因高压带来的设备制造要求高问题,也不存在压水堆失电时堆芯无法循环冷却的问题,同时,铅基堆的铅合金冷却剂,很容易与放射性的碘元素发生化学反应生产化合物,能够有效阻止破损燃料内的放射性物质外泄。
与快堆相比,铅合金的化学性质稳定,不会与水发生剧烈反应,也不易因泄漏引起火灾。同时,铅基堆还有一种神奇的“自愈”功能,即反应堆一回路发生轻微泄漏时,泄漏的铅合金会冷却凝固,封堵破口,简直和人体血液的功能一样。而钠冷快堆就不行了,钠的泄漏很容易引发火灾,当年日本的“文殊”快堆就因钠泄漏而发生多次严重火灾。而更让钠冷快堆感到威胁的是,铅合金对中子的吸收和慢化能力都很弱,不仅可以像钠一样作为快堆的冷却剂,还能用于次临界堆(比如ADS),一旦铅基堆技术成熟,钠冷快堆的地位将岌岌可危。
铅基堆与聚变堆也有技术上的关系。作为未来之堆,目前研究阶段的聚变堆的燃烧过程是这样的:首先在堆芯加入氚氘混合物点火,点火后聚变产生的中子与堆芯外包层的锂发生反应,生成氚,生成的氚与源源不断加入的氘进行持续的可控核聚变。而聚变产生的热量则由堆芯外包层的冷却剂带走。目前,科学家考虑的最可能的聚变堆外包层冷却剂就是铅锂合金,即利用了铅合金的高沸点和化学稳定特性。可以说,未来的聚变堆也是一种铅基堆。

铅基堆虽然优点如此之多,但是技术依然不成熟。上世纪苏联将铅基堆装在其核潜艇上的时候,是铅基堆最辉煌的时候。但是铅合金的腐蚀性让反应堆材料选型十分困难,同时,用液态金属冷却堆芯,科学家们研究得相对来说还是太少,这让铅基堆的运行极不稳定。当年苏联装备铅基堆的核潜艇就因故障率高等原因而不得不退役。不过不管怎么说,铅基堆也算第一种人们实际使用过的第四代反应堆技术,所以在核科普和宣传的时候,核科学家才敢脸不红心不跳地说铅基堆“有成熟技术基础”。
类似于可控核聚变,铅基堆目前依然是一种看似美好,但要走的路还很长的反应堆技术。俄罗斯,美国,欧洲,日本,韩国中国目前都在铅基堆上花了很大功夫,俄罗斯更是宣传要在2030年之前让铅基堆商用。
相对来说,我国铅基堆研究起步比较晚,而且主要是用铅基堆作为ADS反应堆技术的研究。不过,我国的铅基堆研究属于只做不说,闷声得成就的那种,这不,去年我国宣布了ADS首次临界,今年又有关于ADS技术理论的新发现,更有可控核聚变取得新进展的报道。我国铅基堆技术的未来,还是蛮值得期待的。
资讯来源:尚核电力