2020年12月16日，經(jīng)專家現(xiàn)場見證和審查，由上海核工程研究設(shè)計院有限公司、中核北方核燃料元件有限公司、中國科學院金屬研究所共同開展的百公斤級反應堆原型材料熔融及反應試驗完成試驗裝置研制及首爐超高溫熔融物試驗。

熔融物采用二氧化鈾、二氧化鋯、鐵、鋯等堆芯材料，可真實反映核反應堆原型條件。該試驗為國內(nèi)首創(chuàng)，填補了國內(nèi)空白，多項指標處于國際領(lǐng)先水平。試驗的成功實施對于核電廠嚴重事故研究具有里程碑式意義，并進一步驗證了“國和一號”嚴重事故緩解措施的有效性，為將“國和一號”打造成全球安全性最高的三代大型壓水堆型號增添了重要一筆。

試驗技術(shù)取得多項國際第一：

超高溫熔融物試驗裝置最大裝料量可達200 kg以上，具備同時熔煉氧化物和金屬的能力，以更好研究堆芯熔融的整體情況;

通過合理的電磁感應控制和屏蔽技術(shù)，首次實現(xiàn)了對熔煉工質(zhì)的精準定位加熱，準確模擬熔融物衰變熱分布;

使用二次投料設(shè)備及控制理論首次模擬并真實反映了堆芯熔化、坍塌過程中的熔融物瞬態(tài)現(xiàn)象，并可對熔融物液面進行精確測距定位。

百公斤級原型材料熔融物試驗臺架

原型材料熔融物熔錠

原型材料熔融物分層

核電中的嚴重事故，專門指核電廠堆芯發(fā)生明顯損傷的事故，簡單地說就是堆芯由于種種原因冷卻不足，在衰變熱的作用下發(fā)生熔化。而一旦堆芯發(fā)生熔化，核燃料棒內(nèi)大量放射性裂變產(chǎn)物將喪失包容而進入反應堆和安全殼內(nèi)，如若這兩道屏障也發(fā)生失效，則放射性物質(zhì)將進入到環(huán)境，影響公眾。

2011年福島核事故后，發(fā)生反應堆堆芯熔化的嚴重事故迅速成為國際上的研究熱點。核反應堆嚴重事故機理現(xiàn)象非常復雜，涉及到多流場、多相變、多種材料組分，特別是堆芯熔融物處于超高溫條件且含有大量鈾材料，試驗研究難度極高。

之前的試驗研究通常采用模擬工質(zhì)代替堆芯原型材料，存在較多局限性，例如無法模擬超高溫的含鈾堆芯熔融物各組分之間的化學反應。在此之前，國際上僅經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)組織開展過百公斤量級的采用堆芯原型材料的熔融物反應試驗(MASCA項目)，由于受當時技術(shù)條件限制，試驗在加熱、測量等方面存在一些不足，導致業(yè)內(nèi)對試驗結(jié)果有較大爭議。并且，由于我國并非OECD成員國，無法獲得相關(guān)試驗數(shù)據(jù)。

“國和一號”作為我國自主研發(fā)、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型先進壓水堆核電型號，必須經(jīng)受最嚴苛的考驗，擔當使命、攻克難關(guān)。在國家大型先進壓水堆科技重大專項的支持下，上海核工院聯(lián)合了國內(nèi)頂尖的核工程、材料學等跨學科、多專業(yè)的研究機構(gòu)和專家，組成了反應堆堆芯熔融的聯(lián)合研究團隊，著眼長遠、整體策劃、分步實施。

研究團隊與歐洲研究機構(gòu)開展技術(shù)交流

第一階段課題研究從2009年開始，為后續(xù)的原型材料試驗積累了充足的技術(shù)儲備。

第二階段課題研究從2018年開始。2020年6月8日，團隊在國內(nèi)率先完成了10公斤級含鈾熔融物熱力學試驗，獲得了評審專家的高度認可，為百公斤級熔融物試驗打下堅實基礎(chǔ)。

含鈾熔融物熔煉過程

在自力更生、自主創(chuàng)新的前提下，研究團隊秉承開放合作的理念，與國際同行開展廣泛技術(shù)交流與合作，包括與承擔MASCA項目的俄羅斯專家開展多次交流，充分吸取前人的經(jīng)驗教訓，一步步解決了熔融物材料制備、超高溫加熱方案設(shè)計、超高溫測量系統(tǒng)研發(fā)、試驗樣品處理分析等一系列難題，“十年磨一劍”，最終獲得了突破性成果。

后續(xù)研究團隊將利用該試驗平臺繼續(xù)開展試驗研究和數(shù)據(jù)分析，努力獲得更多創(chuàng)新成果。

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