下一代快堆发展优势

我们已经没有时间在电力行业的好坏之间做出选择。人们将很快不得不根据其他标准做出选择——要么延长以前技术的寿命，要么建立新的技术平台。

1、环境友好型能源

公众越来越深刻认识到，应限制碳氢化合物能源的消耗，因为碳氢化合物能源燃烧用于能源生产(包括运输)，是造成环境污染的主要因素之一(高达75%的温室气体排放量)。

因此，在未来几十年，向环境友好型能源过渡是不可避免的。

在过去20年里，发电需求翻了一番，到2050年可能会翻两番。

与此同时，世界也正在讨论减少污染的规模，但迄今为止还没有明显的结果——如果85%的能源生产都是以化石燃料为基础，那么不太可能取得积极的结果。

Rosatom已采用“战略2018”，根据该战略，基于封闭核燃料循环(NFC)的快堆将成为能源安全和环境安全的基础。

此外，俄罗斯外交部已确定，应对气候变化的主要工具是核能，它将取代碳氢化合物，以及配合森林吸收更多二氧化碳的林业项目。

2000年，俄罗斯总统普京在联合国首脑会议上发表讲话，提请注意人类的可持续发展问题，这些可以依赖基于新能源技术平台的核能。

今天，这一方向上，俄罗斯和中国的研究和开发及其实际实施方面取得了重大进展。

2、能源比较

来自VVER反应堆(如新沃罗涅日核电站2号机组)的乏燃料可用于快堆

最近最紧迫的问题之一——能源供应——已成为欧洲媒体和互联网上严肃讨论的话题。

讨论内容包括天然气价格、煤炭供应、制裁和推迟调试北溪(Nord Stream)2号天然气管道，以及太阳能和风能无法满足欧洲的能源需求。

尽管核能被称为无碳能源，但到目前为止，它还不包括在内。与此同时，核能仍然被认为是危险的，而从不扩散核武器的角度来看，基于封闭NFC的快堆被视为不可接受的，因为人们担心钚的生产以及这些技术可能在世界范围内传播。

然而，“危险”和“不可接受”只有在与一些替代品进行比较时才有意义。

虽然可以比较能源系统，但也有必要指定比较标准——能源成本、燃料可用性、环境污染、对公共健康的影响、事故的风险和后果。

重要的是要将系统视为一个整体，而不是其单独的元素。还必须考虑社会在选择一种或另一种能源时会得到什么，会失去什么。

只有经过这样的比较和考虑，才能接受或拒绝任何能源系统。

目前，无论是政治家还是社会学者都没有关注核能。

然而，太阳能和风能在去年冬天未能为欧洲提供能源后，再也无法与传统发电相比。

与核能相比，碳氢能源系统在环境污染和温室气体排放方面较为突出，此外也有较高的事故风险，造成重大生命损失。

因此，如果我们同意核能是危险的，就像任何其他高能量密度行业一样，那么我们将不得不承认碳氢化合物能源系统更危险。

如果核能系统被认为是有害的，那么其他所有系统都会更糟。是的，核能的诞生有着特定的危险——制造核武器。然而，这与其说是技术问题，不如说是政治问题。

3、发展限制

2021年10月31日至11月12日在格拉斯哥举行的联合国气候变化会议上，在《格拉斯哥气候公约》(COP26)中，没有明确提到核能是一种低碳能源。

然而，会议期间举行的讨论表明，与会国对将核能用作低碳能源越来越感兴趣。

即便如此，基于热中子反应堆的现有核电结构，即使扩大规模，也无法解决人类长期能源供应的问题，因为在开放式核燃料循环中运行时，其固有的资源和技术限制。

首先，天然铀的储量，就像任何其他化石一次能源的储量一样，在合理的价格下是有限的。按照目前的消耗速度，这些储量估计将持续100-150年。

另一个限制是乏燃料(UNF)的积累以及决定其最终管理的需要。

即使从热中子反应堆加工UNF并随后使用再生铀和产生的钚，也不能解决问题，只是稍微推迟了燃料资源的耗尽。

原因是钚基燃料——混合铀钚氧化物(Mox)燃料只能在热反应堆中使用一次，因为辐照期间钚同位素组成的变化会导致其他钚同位素的积累，从而阻碍其在热反应堆上的进一步使用。

因此，在快堆可用之前，必须储存使用过的混合氧化物。

全球核能结构的逐渐变化，及其最终过渡到基于封闭燃料循环的快中子反应堆是解决这些问题的好办法。

此外，这种转变最初可能基于双组分核能阶段，包括同时使用在组合封闭燃料循环中运行的热中子和快中子反应堆。

这一阶段将有助于顺利过渡到不同的核能结构，并有助于解决累积的联合国基金会问题，利用持续数百年而非数千年的受控储存期彻底处置高放射性废物，以及解决目前储存的分离钚问题。

BN-1200快堆

俄罗斯设计的快中子反应堆，目前正在开发的BN-1200M以及已经在建造的BREST-OD-300实验示范反应堆，由于使用了天然铀的主要同位素铀-238，实际上对燃料资源没有限制。

应该指出的是，俄罗斯已经积累了大约100万吨贫化六氟化铀，换句话说，接近核纯度的U-238，可用于生产快堆燃料。

据估计，U-238的量相当于约8·1022 J的能量。相比之下，人类每年产生约6·1020焦耳的能量。

这意味着，仅俄罗斯贫化铀就携带着比这一年生产水平高100倍的能源。

快堆实际上是“杂食性”的，可以多次使用热中子反应堆中的钚，即使不将其与铀和其他微量锕系元素的混合物分离。

快堆也将能够转化自身的微量锕系元素，以及那些从VVER UNF中分离出来的锕系化合物。这将确保减少放射性废物的放射性，因为没有微量锕系元素，所以更容易处理。这在不到200年的时间内将废物的放射性降低到与天然铀相当的水平。

4、核扩散风险

ODEK现场包括在建的BREST-300铅冷快中子反应堆

然而，以快堆和封闭燃料循环为基础的大规模核电过渡，引发了人们对核扩散风险增加的担忧。

对这些关切问题的最佳解决方案应该是新制定的技术和体制措施，与国际原子能机构(IAEA)在执行与无核武器国家的保障监督协定的框架内执行的核查程序密切相关。

至于技术解决方案，我们可以以俄罗斯正在建设的带有BREST-OD-300铅冷快堆的试点示范电力中心(ODEK)为例。

该反应堆在结构上不提供包层(径向或轴向钚增殖区)，反应堆繁殖系数接近1，即没有多余的钚生产。

该反应堆也不生产武器级钚——不可能用这种钚制造任何严重的爆炸装置，当然也不可能是核武器。

在处理乏燃料的过程中，将生产一种产品，用于制造新的燃料。该产品的特点是从裂变产物中不完全纯化，将含有铀、钚和少量锕系元素，如镅和镎。

剩余的材料将包括裂变产物——高放射性钚和少量锕系元素——这将使任何未经授权的处理变得极其困难。

还应指出，为了达到核材料的临界质量，足以制造核爆炸装置，有必要转移后处理过程中产生的大量中间产品——对于乏燃料，至少为1.5吨;对于混合物的高温化学萃取过程中的阴极沉积，对于铀、钚、硝酸镎至少为350千克。

IAEA在执行保障监督措施的视察期间，肯定会发现这些数额的转移。为了积累所需的材料，必须在很长一段时间内进行少量的长期转移，从而增加检测的可能性。

解决扩散问题的组织解决办法，可以在核武器国家建立中心，生产混合铀钚燃料，并对乏燃料进行再加工，为位于不拥有核武器国家的快堆提供燃料。

还可以在需要能源的国家建立诸如俄罗斯ODEK等中心，该中心在现场设有封闭的NFC设施，其固有特点是防止钚被转用于生产核武器或核爆炸装置。

此外，广泛使用的快堆将有助于逐步清空钚储存设施，并对目前正在运行的核电站产生的所有UNF进行再处理。在不需要铀浓缩的情况下，这将大大加强任何核不扩散制度。

因此，当转向核能时，社会将获得环境友好、取之不尽用之不竭的能源，并有望进一步发展核能。随着基于快堆的大规模发展，未来将是一个封闭的核燃料循环系统。