在北京市西六环外的中国原子能科学研究院内，一座看似普通的白色建筑，却见证着我国四代核电技术的研发之路。建筑正门上方的六个大字，则是道破了其中的玄机——中国实验快堆。
中国实验快堆是我国首个快中子反应堆(以下简称“快堆”)，也是我国快堆技术发展的基石。作为我国“热堆—快堆—聚变堆”核能“三步走”战略的中间环节，快堆的发展一直集聚着行业的目光，同时也是全球四代核电的发展方向之一。
“第四代核能系统以其综合性优势，向人们展示着核能发展新阶段。通过建立快堆核能系统，实行闭式燃料循环，可以实现铀资源循环利用，将铀资源利用率从当前的不到1%提高到60%左右，核裂变能发展预期从百年时间尺度将延长到千年尺度。”中国原子能科学研究院副总工程师周培德表示。
“具有铀资源利用率高、反应堆固有安全性高、高放废物最小化等优势”
“热堆—快堆—聚变堆”核能“三步走”战略，是我国1983年在核能发展技术政策论证会上首次提出的核能发展总战略，其核心内容是解决我国核能可持续发展、核燃料长期安全有效供应的问题。
“‘热堆—快堆—聚变堆’的核能‘三步走’战略，对于保障我国的能源安全有着重要意义，是符合我国国情的核能发展战略，也能够引领世界核能发展的技术方向。”中核集团战略规划部副主任施庆瑜介绍。
目前，我国热堆技术日臻成熟，热堆在核能发电中的占比达到90%以上，是近中期我国核电发展的主力堆型，将在支撑我国“双碳”目标实现、优化能源电力结构、建设新型能源体系中发挥重要作用。
相比热堆技术，周培德向记者介绍，快堆核能系统具有铀资源利用率高、反应堆固有安全性高、高放废物最小化等优势。
如在铀资源利用率方面，目前三代核电主流堆型为压水堆，属于热堆范畴，其反应主要原料为铀-235，而铀-235在自然界天然铀中的比重仅为0.7%左右。快堆则可充分利用天然铀中占比高达99.3%的铀-238作为反应原料，这一特性可以让天然铀的利用率从目前的不到1%，提高到60%以上。
同时，周培德介绍称，快堆对铀的循环利用，表现在两个方面，既可以利用压水堆乏燃料后处理回收的铀(俗称堆后铀、回收铀)，也可以利用浓缩铀(即压水堆燃料)生产剩下的尾料(俗称贫铀)。因此，热堆和快堆组合发展，并建立快堆的燃料循环，是充分利用铀资源的根本途径。
“这一特性在行业内部叫实现核燃料的增殖，因此快堆也被称为增殖堆。”周培德表示。
另外，对于核电产业来说，安全是发展的红线。快堆反应堆容器内的工作压力稍高于一个大气压，属于低压系统，冷却剂的工作温度比沸点低三百多度，热工裕度大，加之反应堆的固有安全性高，以及能够采用非能动系统排出事故情况下的反应堆余热，这些特性的加持让快堆的安全性更上一个台阶。
“发展快堆技术对于推进核燃料闭式循环、促进我国核能可持续发展具有重要意义，建成先进的快堆核能系统将是具有划时代意义的核工业发展丰碑。”周培德表示。
“一个厂址内即可实现更为高效的闭式燃料循环”
当然，发展快堆技术并不意味着放弃热堆技术。“核能‘三步走’不分先后，需要实现并行发展、接续发展。”施庆瑜表示。
“核能‘三步走’往下一层的技术政策延伸，必然是热堆和快堆的闭式燃料循环。热堆和快堆同属核裂变能，而聚变堆属于核聚变能。热堆和快堆本质上使用的都是天然铀。通过热堆和快堆的组合发展，让核燃料循环利用，从而实现有限铀资源的最大化利用，进而支撑核裂变能千年尺度的持续发展。”周培德从资源有效利用角度详细介绍了热堆—快堆—聚变堆“三步走”的底层逻辑。
在此基础上，周培德还向记者提出了“一体化快堆”的概念。
快堆核能系统由快堆核电站、快堆燃料制造厂、快堆乏燃料后处理设施等部分组成。“一体化快堆”是同厂址布置的快堆核能系统的简称。即将快堆、燃料再生子项(含乏燃料后处理和新燃料制造)及其他配套子项置于同一厂址，从而构成厂内核燃料自持循环、快速循环的完整核能系统。
“其实就是在一个核电厂址内，既有核电站，也包括核燃料制造以及乏燃料后处理等部分，在一个厂址内即可实现更为高效的闭式燃料循环。”周培德解释称。
在周培德看来，快堆核能系统同厂址，是快堆技术、燃料循环技术的重要发展方向。在经济性、安全性、可持续性、环境友好性等衡量第四代核能系统的指标方面，一体化快堆综合指标更优，是保障国家能源安全、铀资源安全、核废物环境安全的重要技术选择，同时也是助力碳达峰碳减排核裂变能解决方案。“一体化快堆是核能领域‘战略性、全局性、前瞻性’的大事。”
根据中国核能行业协会测算，到2060年，我国核电装机规模要到4亿千瓦。“在安全可靠有保障的铀资源供给条件下，继续大规模建设压水堆到2亿千瓦装机，并采用一体化快堆来接续，将是2060年实现核裂变能总装机接近4亿千瓦目标的可行技术途径。”周培德指出。
不过要实现一体化快堆的建设仍任重道远。“一体化快堆仍需突破先进反应堆、先进燃料、先进后处理等关键技术，需要工程技术等方面实现重大创新。”周培德坦言。
在此背景下，中核集团主动谋划快堆发展，已先行自主投入加快研发一体化快堆，构建了“热堆—快堆”的“二元”裂变核能体系，为我国能源安全发展提出了系统性的解决方案，积极发挥着高水平科技自立自强的中坚作用。
记者注意到，中核集团在2021年工作会议上明确，“十四五”期间要加快一体化闭式循环快堆核能系统的研发。据悉，目前该项目已开展大量研究工作，并已取得阶段性成果。
“下一步，我们将加快推动‘华龙一号’核电机组规模化发展和优化改进，提高压水堆发展效益。同时发挥一体化快堆和可控核聚变创新联合体作用，攻克关键核心技术难题
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