“華龍一號”是中國核工業人用創新鑄就的國之重器,已成為走向世界的“中國名片”之一。
近日,記者來到“華龍一號”的研發地——中國核動力研究設計院采訪時了解到,“華龍一號”“玲龍一號”的核電“雙龍出海”格局已經形成,核醫學技術應用正在走向產業化,我國核工業正向高質量發展穩步推進。
華龍一號:開啟核電智能建造新時代
很少有人知道,“華龍一號”的誕生地其實是在距離全球首堆福清核電2000多公里外的一處深山里。在代號為909的基地,研發人員創造性地提出“177堆芯”的概念。這種在國外通用的157組堆芯基礎上每邊增加5組元件的設計,構成了“華龍一號”區別于國外技術的最主要特點,使得堆芯換料周期由通常的12個月延長至18個月,將電廠可利用率提高至90%以上。
經過20多年的不斷探索,“177堆芯”從概念成為現實。從2015年5月全球首堆落地福清,到2015年8月巴基斯坦卡拉奇海外項目開工建設,再到2019年10月漳州核電開啟批量化建設,中國核電人在獨立自主的基礎上,不斷地繼承、優化與創新。
中核集團“華龍一號”總設計師、中國核電工程有限公司總工程師邢繼介紹,海內外建造的“華龍一號”機組,都非常注重經驗反饋,連相繼開工建設的福清核電5號、6號機組之間也是如此。
從這兩臺機組的外觀上就可以明顯感覺到,5號機組的核島為圓筒形,而6號機組的圓筒外多了三角形斜面,作為外掛水箱的鋼結構支撐梁。這一變化,直接可以免除耗時2個多月搭建腳手架的環節,進一步保障了施工安全。
如果說“華龍一號”全球首堆是從無到有,那么漳州核電則是從有到優。
9月初的漳州,仍舊酷熱難耐。漳州核電建設現場人流穿梭,但相較于同期福清核電5號機組工程現場上萬人的繁忙景象,漳州核電建設現場作業人員數量進一步壓減。
對此,中國核建工作人員吳敏介紹,這主要是因為漳州項目在總平面布置階段就開展智能化、自動化探索與改造設計,鋼筋加工實現了自動化,埋件加工實現了機器人作業,許多作業在車間完成。
激光切割、自動彎曲機、爬行機器人……在漳州核電的建設現場,這些智能裝備被大量使用。據了解,智能設備的使用,提高了大型鋼構件制作安裝的自動化程度和效率,提升了產品質量穩定性,精度可達到0.5毫米,效率提高至少2倍。
相對全球首堆福清核電,漳州項目非常突出的特點就是大量應用高效工機具。吳敏說,從安全殼鋼襯里到預埋件鋼筋、不銹鋼水池覆面以及埋件生產線,自動化范圍、自動化程度穩步提升,綜合應用占比約達30%,局部核心產品如安全殼鋼襯里、大型套筒和不銹鋼水池覆面的模塊化拼裝到現場安裝,實現全面植入應用。
“漳州核電在智能化、自動化方面投入較大,這是一個好現象,既能保證質量,提高效率,也能降低作業風險,真正開啟核電智建新時代。”中核國電漳州能源有限公司總經理宋豐偉表示。
如今,“華龍一號”捷報頻傳。在全球首堆福清核電5號機組完成裝料的同時,9月5日,位于巴基斯坦卡拉奇的“華龍一號”海外首堆卡拉奇核電K2機組完成熱試。此外,K3機組也已完成外穹頂吊裝。
工作人員告訴記者,一座“華龍一號”機組包含5萬多臺套設備,涉及設備供應商5300多家。未來的批量化建設將充分發揮規模效應、集成效應,推動國內高端裝備制造業的整體轉型升級。
玲龍一號:具有更高安全性更短建造周期
除了全球領先的大型三代核電技術“華龍一號”,研發具有更高安全性、適宜經濟性、更短建造周期的模塊小型堆也是中核集團的主攻方向,它有一個與其特點相貼切的名字——“玲龍一號”。
“玲龍一號”將蒸汽發生器、反應堆、主泵、主管道等集合為一體,能夠在工廠內模塊化制造,整體運輸到現場快速安裝,可以通過批量化和快速建造,來實現規模經濟效益。
“自主創新研制多用途的模塊化小型堆‘玲龍一號’熱功率385兆瓦,電功率125兆瓦,與‘華龍一號’這樣的1000兆瓦大型堆互補。雖然其功率規模較小,但初始投資相對要少,建造周期更短,選址條件更簡化,運行也比較靈活,對周邊配套設施的要求相對更低。”中核集團“玲龍一號”總設計師宋丹戎表示。
“為偏遠地域供電、為城市供熱、為工業供汽、為沿海缺水城市海水淡化……”在中國核動力研究設計院,記者看到,“玲龍一號”在功能上較大型核電堆更為豐富,除了核能發電,還可根據用戶負荷需求,靈活組合規模,滾動開發建設,有效降低了模塊式小型堆的投資成本,確保了經濟效益。
宋丹戎舉例說,在北方很多地區,兩個“玲龍一號”正好能替代一個200兆瓦左右的供熱火電站。此外,還可應用于中小電網和區域電網,雖然這在國內需求量可能不大,但在美英等國或者中東、非洲國家,以及領土、人口較少的中小國家,“玲龍一號”具有較強的市場優勢。
從“華龍一號”到“玲龍一號”,中國核電“雙龍出海”格局正在形成。
不止如此,“玲龍一號”在現有成熟壓水堆核電技術基礎上,采用“一體化”反應堆設計和“非能動”安全系統,其安全性能達到第三代核能系統技術水平。國際原子能機構審查認為,“玲龍一號”是個創新的小型壓水堆設計,采用的“固有安全+非能動”的安全設計,能夠處理極端環境條件和多種故障,達到國際和國內先進水平。
這樣的優勢為“玲龍一號”的建設帶來更多便利。“應用推廣可以滿足不同領域、用戶能源需求,對我國經濟可持續發展具有重要意義。”中核集團“玲龍一號”副總設計師秦忠介紹。
2019年7月18日,中核集團宣布啟動我國多功能模塊化小型堆(玲龍一號)示范工程。“該示范工程是商業性示范工程,用以驗證設計、制造、建造和運行技術,積累小型核電站的寶貴經驗,在未來能源市場上作為其它能源以及大型核電站的有力補充,逐步開辟小型反應堆的商用市場。”秦忠說。
核技術應用:解決核醫學發展的卡脖子問題
“別看這小小一瓶溶液,卻是我國首個用于類風濕關節炎臨床治療的核素藥物。”在中國核動力研究設計院孵化出的云克藥業,記者了解到,這里生產出的“云克”注射液,對類風濕性關節炎總有效率達85%以上,可以減輕數百萬患者的病痛。
醫用同位素是多種癌癥、疑難病癥的特效治療藥物。據了解,我國堆照醫用同位素市場上,鉬-99、碘-125、镥-177等用量大的醫用同位素全部依賴進口,碘-131等少部分同位素實現國產化,但無法滿足國內醫療市場需求。
未來幾年,全球醫用同位素的主要生產堆面臨退役,醫用同位素產能將大幅萎縮,全世界同位素供應將面臨緊張局面。這使得我國醫用同位素產業走向國際市場,占領科研產業高地迎來機遇期和窗口期。
“核技術應用是‘健康中國’的推進器。”中核集團黨組書記、董事長余劍鋒表示,中核集團正全力進軍核技術應用領域,以服務健康中國和精準醫療戰略為使命,徹底解決我國核醫學發展嚴重依賴進口的“卡脖子”問題,打造我國“醫用同位素及藥物”新的國家名片。
鍶-89核素是氯化鍶注射液的主要原料,該藥品對于治療前列腺癌和乳腺癌骨轉移痛有著療效好、毒性輕等特點。國內鍶-89年需求量達50居里,在今年以前,鍶-89原料完全依賴國外進口,市場供應不穩定,嚴重受制于人。
為實現生產國產化,打破國外的技術壟斷,中核集團利用豐富的堆照資源,研發團隊以新技術、新工藝開展包括鍶-89在內的急需醫用同位素生產技術研發工作。
“今年4月,首批國產鍶-89正式交付,并經專家驗證相關指標達到國際先進水平。本次產品交貨意味著我國在該領域成功打通了研發、堆運行、輻照、產品生產全流程關鍵技術,解決了醫用同位素嚴重依賴進口、核心原料‘卡脖子’的困境,正式具備氯化鍶供貨能力。”中國核動力研究設計院院長助理姚維華表示。
除了藥物,核醫學還涉及前沿醫療裝置和醫療手段。利用質子束治療癌癥是目前最先進的醫學手段,質子射線在轟擊癌細胞的過程中能最大限度保護人體正常組織。“如深水炸彈一般,到達一定深度接近目標時進行定點爆破,能夠精準殺敵。”姚維華說,但是,由于整套設備的核心技術此前全部為國外引進,接受質子束治療的患者往往要承擔很高的費用。
經過多年攻關,中核集團自主研制成功100兆電子伏特質子回旋加速器,使中國成為擁有新一代放射性核束加速器的國家。2018年9月,中核集團首個質子治療示范工程項目在天津濱海正式開工建設,計劃于2021年具備臨床試驗條件。建成后,將對頭頸部腫瘤、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、肺癌、兒童腫瘤等惡性腫瘤的治療起到有效作用,同時可以降低醫療成本、減輕病患者負擔,具有顯著的社會效益。
“解決醫學‘卡脖子’難題,實現自主化、國產化的最終目的,是讓普通老百姓能從中獲益。”中核集團相關負責人在采訪結束時表示。