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核材料

一、概述

1、核燃料

是指能產(chǎn)生裂變或聚變核反應(yīng)并釋放出巨大核能的物質(zhì)。核燃料可分為裂變?nèi)剂虾途圩內(nèi)剂?或稱(chēng)熱核燃料)兩大類(lèi)。裂變?nèi)剂现饕敢琢炎兒怂厝玮?35、钚239和鈾233等。此外，由于鈾238和釷232是能夠轉(zhuǎn)換成易裂變核素的重要原料，且其本身在一定條件下也可產(chǎn)生裂變，所以習(xí)慣上也稱(chēng)其為核燃料。聚變?nèi)剂习瑲涞耐凰仉?、氚，?和其化合物等。核工程材料是指反應(yīng)堆及核燃料循環(huán)和核技術(shù)中用的各種特殊材料，如反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、元件包殼材料、反應(yīng)堆控制材料、慢化劑、冷卻劑、屏蔽材料等等。例如特種鋁合金、鈹、特種不銹鋼、特種陶瓷、高分子材料等。

2、非核燃料

是指吸收中子后可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的核素或可新生成易裂變核素的可轉(zhuǎn)換材料。235U、239pu、233U的中子誘發(fā)裂變的能量閾值為零，它們被稱(chēng)作易裂變核素，即是能在熱中子反應(yīng)堆中使用的核燃料。232Th和238U吸收中子后，可生成新的易裂變材料233U和239pu，232Th和238U被稱(chēng)為可轉(zhuǎn)換材料。238U和232Th資源豐富，為核能的利用提供了廣闊的材料來(lái)源。核材料均是放射性核素，使用時(shí)必須注意防護(hù)。對(duì)Pu、233U、濃縮度超過(guò)20%的235U實(shí)行嚴(yán)格控制與管理，防止上述特種核材料被盜，用來(lái)非法生產(chǎn)核武器。安全保障規(guī)程適用于燃料循環(huán)的全部環(huán)節(jié)，包括燃料制造、發(fā)電、燃料后處理、貯存和運(yùn)輸。

核材料必須置于設(shè)有多重實(shí)體屏障的保護(hù)區(qū)內(nèi)，并實(shí)行全面管制與統(tǒng)計(jì)，防止損失與擴(kuò)散。

二、發(fā)展

數(shù)據(jù)顯示，截至2011年1月，全球運(yùn)行的核電機(jī)組共442個(gè)。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2030年，全球運(yùn)行核電站將可能在2011年1月的基礎(chǔ)上增加約300座。世界核能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，到2015年，全世界可能平均每5天就會(huì)開(kāi)工一個(gè)裝機(jī)容量約1000兆瓦的核電站。

《中國(guó)核材料行業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告前瞻》[1] 顯示，截至2010年末，我國(guó)核電裝機(jī)容量突破1000萬(wàn)千瓦，達(dá)1082萬(wàn)千瓦，在建規(guī)模達(dá)26臺(tái)2914萬(wàn)千瓦。按照“十二五”開(kāi)工4000萬(wàn)千瓦計(jì)算，核電建設(shè)周期一般為5年，至2020年我國(guó)核電在運(yùn)機(jī)組將接近8000萬(wàn)千瓦。預(yù)計(jì)2011-2020年核電市場(chǎng)總投資額將達(dá)到9800億元，年平均投資額接近1000億元。

此次日本大地震引發(fā)的核泄漏無(wú)疑將引發(fā)國(guó)內(nèi)對(duì)于核電安全的擔(dān)憂(yōu)。分析認(rèn)為，日本核泄漏會(huì)增加國(guó)內(nèi)對(duì)于核安全的憂(yōu)慮，以及影響到國(guó)家未來(lái)的核電規(guī)劃，但是“積極發(fā)展”的整體核電發(fā)展戰(zhàn)略不會(huì)發(fā)生根本性改變。

2009年，全球已探明鈾礦儲(chǔ)量為630萬(wàn)噸。全球鈾礦資源主要分布于澳大利亞、哈薩克斯坦、美國(guó)、巴西、加拿大、南非等國(guó)家，而高品位鈾礦主要在加拿大，目前世界上最大的鈾礦位于加拿大的阿薩巴斯卡盆地。據(jù)WNA統(tǒng)計(jì)，2009年全球鈾產(chǎn)量為50772噸。

2009年，我國(guó)天然鈾產(chǎn)量近1000噸，需天然鈾1600噸左右。2010年，我國(guó)需天然鈾1900噸左右。隨著我國(guó)核電裝機(jī)容量的不斷增加，核電行業(yè)對(duì)鈾的需求量將會(huì)不斷增長(zhǎng)，我國(guó)鈾市場(chǎng)前景看好。如果2020年我國(guó)核電裝機(jī)容量為8000萬(wàn)千瓦，則年需天然鈾14000噸左右。

隨著我國(guó)核電裝機(jī)容量的逐年增加，一方面帶來(lái)鋯材的新增需求，另一方面每年對(duì)鋯材的更新需求也不斷增加，核級(jí)鋯材的高增長(zhǎng)將一直延續(xù)到2020年，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)鋯材需求量將達(dá)到1200噸。假設(shè)2020年前的核能項(xiàng)目中15%采用快堆，按我國(guó)試驗(yàn)快堆的核級(jí)鈉用量(65MW用量350噸)，國(guó)內(nèi)快中子反應(yīng)堆將產(chǎn)生近56377噸的核級(jí)鈉需求，2011-2020年，平均每年核級(jí)鈉需求量為5337.7噸。

三、國(guó)內(nèi)核電

中國(guó)正在加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度。積極發(fā)展核電、風(fēng)電、水電等清潔優(yōu)質(zhì)能源已刻不容緩。中國(guó)能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主體，清潔優(yōu)質(zhì)能源的比重偏低。

中國(guó)目前建成和在建的核電站總裝機(jī)容量為870萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)到2010年中國(guó)核電裝機(jī)容量約為2000萬(wàn)千瓦，2020年約為4000萬(wàn)千瓦。到2050年，根據(jù)不同部門(mén)的估算，中國(guó)核電裝機(jī)容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的10%）。

中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)正在制定中國(guó)核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準(zhǔn)備到2020年中國(guó)電力總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)為9億千瓦時(shí)，核電的比重將占電力總?cè)萘康?%，即是中國(guó)核電在2020年時(shí)將為3600-4000萬(wàn)千瓦。也就是說(shuō)，到2020年中國(guó)將建成40座相當(dāng)于大亞灣那樣的百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站。

從核電發(fā)展總趨勢(shì)來(lái)看，中國(guó)核電發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)和戰(zhàn)略路線(xiàn)早已明確并正在執(zhí)行，當(dāng)前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆。具體地說(shuō)就是，近期發(fā)展熱中子反應(yīng)堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術(shù)路線(xiàn)，中期發(fā)展快中子增殖反應(yīng)堆核電站；遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上“永遠(yuǎn)”解決能源需求的矛盾。