小小微堆 大大用場(chǎng)
中國(guó)目前是世界上唯一完全掌握微堆研究建造技術(shù)的國(guó)家
第四屆核安全峰會(huì)已經(jīng)落幕，圍繞峰會(huì)的議題仍在發(fā)酵。
最近，一個(gè)沒有散熱塔，沒有高聳煙囪，核反應(yīng)堆堆芯只有高壓鍋大小的微堆（全稱微型中子源反應(yīng)堆），成為熱門話題。
3月底，在圓滿完成低濃化改造后，微堆首次實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。于是，世界目光聚焦微堆誕生地??位于北京西郊的中國(guó)原子能科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱原子能院）。
這一重要進(jìn)展被寫入《中美核安全合作聯(lián)合聲明》。
國(guó)防科工局局長(zhǎng)、國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)主任許達(dá)哲評(píng)價(jià)，微堆低濃化改造，是降低高濃鈾流失風(fēng)險(xiǎn)、提升核安保水平的有力舉措。
但其實(shí)微堆離我們的生活并不遠(yuǎn)。
“從1984年至今，我們利用微堆分析的樣品多種多樣，上至天文、下至地理，涉及地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、生命科學(xué)等眾多學(xué)科�！痹幽茉何⒍咽抑魅卫盍x國(guó)說，分析結(jié)果為不少研究提供了科學(xué)依據(jù)。
揭開百年謎案 把脈蒼生健康
原子能院的原型微堆的每一根燃料元件的直徑僅有5毫米，換言之只有約5張紙的厚度，每?jī)筛g隙只有5.48毫米，這些燃料元件被放置在實(shí)驗(yàn)用的“鳥籠架”內(nèi)�！傍B籠架”是直徑240毫米、高270毫米的狹小空間，也就是該堆的堆芯。
在業(yè)內(nèi)，微堆也被稱“傻瓜堆”，因?yàn)樗愃埔粋�(gè)實(shí)驗(yàn)儀器，操作簡(jiǎn)單，但用途不少，能進(jìn)行中子活化分析、核儀器探頭的考驗(yàn)、教學(xué)及培訓(xùn)、少量同位素生產(chǎn)等。
2019年，“長(zhǎng)相”精致的微堆展示大“威力”，它與央視、清西陵及北京市法醫(yī)檢驗(yàn)鑒定中心等共同揭開了困擾史學(xué)界的百年謎案??清光緒帝之死因。
該專題研究由光緒帝遺物發(fā)辮入手，歷時(shí)五年，利用微堆中子活化分析技術(shù)測(cè)試了發(fā)辮中砷的含量，并結(jié)合其他技術(shù)手段，經(jīng)科學(xué)研究分析測(cè)算表明光緒的頭發(fā)截段和衣物上含有劇毒砒霜，而其腐敗尸體僅沾染在部分衣物和頭發(fā)上的砒霜總量就已高達(dá)約201毫克。
光緒死因的確證，被認(rèn)為是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和偵察思維解決歷史疑難問題的成功嘗試，開辟了學(xué)術(shù)文化研究的新路徑。
因?yàn)榫哂行⌒突�、易操作、功率低、固有安全性好等�?yōu)點(diǎn)，在大中城市人口稠密的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)內(nèi)，不乏微堆身影。
在改革開放前沿深圳，原子能院幫助深圳大學(xué)設(shè)計(jì)建造的微堆已安全運(yùn)行28年，這也是目前我國(guó)尚在運(yùn)行的唯一商用微堆。與原子能院的原型微堆相比，二者的差別是堆芯尺寸、燃料元件尺寸。
深圳微堆建成后，利用中子活化法填補(bǔ)了深圳微量元素質(zhì)檢方面的某些空白。
當(dāng)時(shí)，隨著珠三角現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，大量人工合成有機(jī)化合物被引入到自然環(huán)境中，包括一系列有機(jī)鹵素污染物，這些鹵素污染物有致癌、致畸、致突變的風(fēng)險(xiǎn)。借助微堆，深圳較早就對(duì)本市的大氣和土壤環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)掌握深圳大氣和土壤中的污染程度，并及時(shí)采取措施。
因?yàn)椴粫?huì)對(duì)樣品產(chǎn)生破壞，原子能院曾協(xié)助有關(guān)單位，對(duì)膳食中的元素含量進(jìn)行過多次調(diào)查研究及衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)。
多年前，原子能院高級(jí)工程師王珂就和團(tuán)隊(duì)分析測(cè)定了我國(guó)南北方78例正常成年人甲狀腺含量，發(fā)現(xiàn)有地區(qū)差異，女性略高于男性，這為評(píng)價(jià)碘對(duì)人體的健康影響提供了背景材料。
“微堆低濃化后應(yīng)用更為廣泛，比如可應(yīng)用到與百姓關(guān)系更加密切的治療癌癥的醫(yī)療裝置中�！敝袊�(guó)工程院院士周永茂如此預(yù)測(cè)微堆前景。
自主研發(fā) 自主改造
“我國(guó)目前是世界上唯一完全掌握微堆研究建造技術(shù)的國(guó)家�！崩盍x國(guó)告訴記者，我國(guó)的微堆研究建造可追溯到上世紀(jì)70年代末、80年代初。經(jīng)過多種物理設(shè)計(jì)方案的理論計(jì)算和零功率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，1984年3月，原子能院自主開發(fā)設(shè)計(jì)建造的我國(guó)第一座微堆順利建成并投入滿功率運(yùn)行。
1985年，原子能院開始進(jìn)行商用微堆的定型設(shè)計(jì)，主要供大學(xué)、科研單位等進(jìn)行教學(xué)、活化分析、培訓(xùn)等。
“過去，我們微堆使用武器級(jí)的高濃鈾作為燃料。燃料棒一旦流失，就可能造成核材料擴(kuò)散的威脅�！崩盍x國(guó)解釋，由于所用燃料的特殊性，微堆在推廣中一直受到限制。
受國(guó)際大環(huán)境等多因素影響，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）多次提出，希望微堆燃料實(shí)施低濃鈾轉(zhuǎn)化。
微堆低濃化轉(zhuǎn)化即以低濃鈾燃料替代原有的高濃鈾燃料，轉(zhuǎn)化后還需利用原有筒體裝料運(yùn)行。
“最難的是堆芯設(shè)計(jì)。”李義國(guó)說，“由于低濃鈾堆芯的燃料芯體和包殼材料與之前的不同，其熱工、物理性能等也均有較大不同，須重新進(jìn)行物理、熱工和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且只能在原有小尺寸的堆芯空間內(nèi)做出合理調(diào)整，設(shè)計(jì)難度大大增加�！�
經(jīng)過5年攻關(guān)，原子能院成功地將微堆中的核燃料富集度從90%降至12.5%，并實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。
中核集團(tuán)董事長(zhǎng)孫勤認(rèn)為，首座微堆低濃化后首次滿功率運(yùn)行意味著原子能院已完全掌握了微堆低濃化的全套技術(shù)。
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