中國完全掌握微型中子源反應堆技術 全球唯一

最近，一個沒有散熱塔，沒有高聳煙囱，核反應堆堆芯只有高壓鍋大小的微堆（全稱微型中子源反應堆），成為熱門話題。

據澎湃新聞4月10日報道，3月底，在圓滿完成低濃化改造後，微堆首次實現滿功率運行。於是，世界目光聚焦微堆誕生地——位於北京西郊的中國原子能科學研究院（以下簡稱原子能院）。

這一重要進展被寫入《中美核安全合作聯合聲明》。

中國首座微型中子源反應堆低濃化改造圓滿完成後首次實現滿功率運行

國防科工局局長、國家原子能機構主任許達哲評價，微堆低濃化改造，是降低高濃鈾流失風險、提升核安保水平的有力舉措。

但其實微堆離我們的生活並不遠。

“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，涉及地質學、地球化學、生命科學等眾多學科。”原子能院微堆室主任李義國説，分析結果為不少研究提供了科學依據。

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，每兩根元件間隙只有5.48毫米，這些燃料元件被放置在實驗用的“鳥籠架”內。“鳥籠架”是直徑240毫米、高270毫米的狹小空間，也就是該堆的堆芯。

在業內，微堆也被稱“傻瓜堆”，因為它類似一個實驗儀器，操作簡單，但用途不少，能進行中子活化分析、核儀器探頭的考驗、教學及培訓、少量同位素生產等。

2008年，“長相”精緻的微堆展示大“威力”，它與央視、清西陵及北京市法醫檢驗鑑定中心等共同揭開了困擾史學界的百年謎案——清光緒帝之死因。

該專題研究由光緒帝遺物髮辮入手，歷時五年，利用微堆中子活化分析技術測試了髮辮中砷的含量，並結合其他技術手段，經科學研究分析測算表明光緒的頭髮截段和衣物上含有劇毒砒霜，而其腐敗屍體僅沾染在部分衣物和頭髮上的砒霜總量就已高達約201毫克。

光緒死因的確證，被認為是運用現代科學技術和偵察思維解決歷史疑難問題的成功嘗試，開闢了學術文化研究的新路徑。

因為具有小型化、易操作、功率低、固有安全性好等優點，在大中城市人口稠密的大學和研究機構內，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設計建造的微堆已安全運行28年，這也是目前我國尚在運行的唯一商用微堆。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。

深圳微堆建成後，利用中子活化法填補了深圳微量元素質檢方面的某些空白。

當時，隨着珠三角現代工農業的迅猛發展，大量人工合成有機化合物被引入到自然環境中，包括一系列有機鹵素污染物，這些鹵素污染物有致癌、致畸、致突變的風險。藉助微堆，深圳較早就對本市的大氣和土壤環境進行檢測，實時掌握深圳大氣和土壤中的污染程度，並及時採取措施。

因為不會對樣品產生破壞，原子能院曾協助有關單位，對膳食中的元素含量進行過多次調查研究及衞生學評價。

多年前，原子能院高級工程師王珂就和團隊分析測定了我國南北方78例正常成年人甲狀腺含量，發現有地區差異，女性略高於男性，這為評價碘對人體的健康影響提供了背景材料。

“微堆低濃化後應用更為廣泛，比如可應用到與百姓關係更加密切的治療癌症的醫療裝置中。”中國工程院院士周永茂如此預測微堆前景。

自主研發，自主改造

“我國目前是世界上唯一完全掌握微堆研究建造技術的國家。”李義國告訴記者，我國的微堆研究建造可追溯到上世紀70年代末、80年代初。經過多種物理設計方案的理論計算和零功率實驗驗證，1984年3月，原子能院自主開發設計建造的我國第一座微堆順利建成並投入滿功率運行。

1985年，原子能院開始進行商用微堆的定型設計，主要供大學、科研單位等進行教學、活化分析、培訓等。

“過去，我們微堆使用武器級的高濃鈾作為燃料。燃料棒一旦流失，就可能造成核材料擴散的威脅。”李義國解釋，由於所用燃料的特殊性，微堆在推廣中一直受到限制。

運輸中的低濃鈾 資料圖

受國際大環境等多因素影響，國際原子能機構（IAEA）多次提出，希望微堆燃料實施低濃鈾轉化。

微堆低濃化轉化即以低濃鈾燃料替代原有的高濃鈾燃料，轉化後還需利用原有筒體裝料運行。

“最難的是堆芯設計。”李義國説，“由於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，須重新進行物理、熱工和結構設計，且只能在原有小尺寸的堆芯空間內做出合理調整，設計難度大大增加。”

經過5年攻關，原子能院成功地將微堆中的核燃料富集度從90%降至12.5%，並實現滿功率運行。

中核集團董事長孫勤認為，首座微堆低濃化後首次滿功率運行意味着原子能院已完全掌握了微堆低濃化的全套技術。