【动态·快堆】俄罗斯БН-800快堆近况

导言

2015年8月初，БН-800反应堆第二次提升至最小控制功率水平，离商业运营更近一步。第一次达到最小功率水平是在2014年6月24日，并计划在2014年底开始反应堆的运行。但在2014年12月，反应堆运行商俄罗斯原子能工业公司（Rosenergoatom）宣布核电厂所用的核燃料将首先被进一步发展。现在预计，该核电站将在今年年底前开始运行。

俄罗斯矿产与化学集团（MCC）宣布在2015年8月其MOX燃料制造设施已经完成了BN-800快中子反应堆第一批燃料组件的组装测试。БН-800应用于斯维尔德洛夫斯克州（Sverdlovsk）别洛亚尔斯克（Beloyarsk）核电厂的第4号机组。MCC是俄罗斯国有核电公司Rosatom的子公司。

MCC位于热列兹诺哥尔斯克站点地下200米矿井的MOX生产线于在去年年底开始全面运作。这一设施作为俄罗斯的“突破 ”项目的一部分，是为了实现核燃料闭式循环，其最终目的是消除核电厂所产生的放射性废物。俄罗斯没有使用MOX燃料的商用核反应堆，但燃料芯块会批量生产并进入БН-800反应堆中使用。MOX燃料是钚和铀氧化物的混合物。

MCC表示，“2014年9月生产的那批30公斤MOX燃料芯块满足技术规范要求，这进一步验证了新设备的能力和技术解决方的可行性。这是MOX燃料组件工业化生产中具有里程碑的一步。”

MCC总经理彼得加夫里洛夫在公司声明中说，他很高兴今天公司能够达到Rosatom总经理谢尔盖基里延科的期望，因为是他批准了新设施的建立。

别洛亚尔斯克4号机组容量为789MWe，超过世界第二大的快中子反应堆别洛亚尔斯克3号机组БН-600，后者功率为560MWe。

“БН-800比БН-350和БН-600反应堆机组更成功，” 洛亚尔斯克核电站经理Michael Bakanov表示。“但事实上БН-800在结构和技术方面有大量改进，这意味着它像所有原先的BN系列反应堆一样仍处于试验状态。很大程度上，БН-800的重点并非电力生产。”

“众所周知，这一试验设计的经济性不如商业VVER堆型之类的系列产品。БН-800的主要目标是即将应用于BN-1200的运行经验和技术解决方案。”核电站副总工程师Valery Shamanskiy在上周原子能公司发表的同一份声明中补充说，789 MWe 的БН-800也为开发快中子堆冷却剂和燃料提供有价值的信息和数据。

Rosenergoatom是俄罗斯国有集团公司Rosatom的民用核电站运营子公司。Shamanskiy称：“这些潜在的改进已经在进行中，自洛亚尔斯克核电站4号机组快中子反应堆开始运行以来，提供了大量的世界其他地方没有的知识和经验。”

洛亚尔斯克核电站位于俄罗斯中部的Sverdlovsk区域，拥有两座关闭的反应堆和一座商运的反应堆- Beloyarsk核电站3号机组。洛亚尔斯克核电站5号机组БН-1200将使用比БН-600、БН-800更大的燃料元件，更新燃料程序也更为简化。

图1 БН-800的设计革新

БН-800反应堆的显著特征是其有一个有效反应堆保护系统和在钠冷却压力丧失情况下自动工作的非能动系统。正常运行期间，反应堆的控制体在堆芯顶端的冷却剂中浮动。如果冷却剂的压力下降，控制体将落入堆芯中的垂直控制棒通道，通过吸收中子来停止链式反应。同时，还有一个用于移除剩余衰变热非能动的空气冷却补充系统。

扩展阅读

MOX燃料

MOX燃料占当今核燃料中的5%，其制造原料主要是来源于反应堆乏燃料中的钚。同时MOX燃料也可以用于燃烧武器级的钚（从军事资源中）来产生电力。

图2 标准二氧化铀燃料的反应过程

在每一个核反应堆中都有类似核素U-235的元素发生裂变，或者像U-238一样通过中子俘获过程形成新的较重的同位素。反应堆燃料成分中中大部分的是U-238。U-238可以形成Pu-239，再通连续俘获中子可生成Pu-240、Pu-241和Pu-242以及其他超铀核素。Pu-239和Pu-241是易裂变材料，与U-235类似。（Pu-236和 Pu-238的份额很低，是由铀-235俘获中子形成的）

图3 MOX燃料的反应过程

通常情况下，燃料每三年更换一次，大约一半的Pu-239在反应堆中被燃烧，提供总能量的三分之一左右，它就像U-235一样，裂变会释放出大量的能量。燃耗越高，留在乏燃料中的易裂变钚越少。通常反应堆乏燃料中钚含量约为百分之一，而这之中的三分之二是易裂变材料（即50%的Pu-239及15%的Pu-241）。在世界范围内每年从反应堆移出的乏燃料中大约含有70吨的钚。

乏燃料中的钚（铀）可以通过后处理回收。钚可以用于制造混合氧化物（MOX）核燃料，用以发电提供能源。对于一次通过的循环，MOX燃料中钚能够比单纯的的氧化铀燃料增加12%的能源供应；如果铀也能回收，则会增加到22%（基于燃耗深度为45GWd/tU轻水反应堆燃料