■創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展

　　本報(bào)通訊員 王麗麗鮮 亮本報(bào)記者 陳 瑜

　　厚重的混凝土墻體外，巨大的機(jī)械臂暫時(shí)“歇息”，隔著鉛玻璃窺視窗，剛剛經(jīng)歷過一個(gè)多月緊張工作的機(jī)械手在熱室內(nèi)靜靜地與之遙遙相望。近日，我國科研人員在此成功完成了我國首次實(shí)驗(yàn)室規(guī)模動(dòng)力堆乏燃料后處理熱試驗(yàn)，標(biāo)志著我國核科技領(lǐng)域核心技術(shù)自主創(chuàng)新取得重大突破。

　　發(fā)展核電，經(jīng)濟(jì)性和安全性最受關(guān)注。

　　將反應(yīng)堆中使用過的核燃料（即乏燃料）進(jìn)行化學(xué)處理，除去其中的裂變產(chǎn)物，并分離和回收易裂變核素及可轉(zhuǎn)換核素的過程被稱為乏燃料后處理。它是提高核電經(jīng)濟(jì)性、確保核能可持續(xù)發(fā)展并降低放射性廢物長期危害的最佳途徑。

　　這次采用的先進(jìn)無鹽二循環(huán)流程是我國歷經(jīng)二十余年自主研發(fā)的后處理工藝流程，以“經(jīng)濟(jì)、安全、廢物最小化”為目標(biāo)，通過“無鹽”技術(shù)的應(yīng)用，簡化了工藝流程，減少了廢物量，提高了鈾钚分離系數(shù)，充分體現(xiàn)了保障核能可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)理念。

　　核電大國呼喚自主乏燃料后處理技術(shù)

　　根據(jù)2012年國務(wù)院《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》：到2020年我國核電運(yùn)行裝機(jī)容量達(dá)到5800萬千瓦、在建裝機(jī)3000萬千瓦。

　　按照我國目前核電發(fā)展規(guī)模和速度測算，到2020年我國將累計(jì)產(chǎn)生乏燃料0.75萬噸—1萬噸，2030年將達(dá)到2萬噸—2.5萬噸。但目前我國尚未建成商用大型乏燃料后處理廠，只有一座動(dòng)力堆乏燃料后處理中間規(guī)模試驗(yàn)工廠。

　　今年9月，中核集團(tuán)宣布，由其負(fù)責(zé)建設(shè)，法國阿?，m集團(tuán)承擔(dān)總體技術(shù)責(zé)任的中國核循環(huán)項(xiàng)目將在2020年開工。除與法國合作，中核集團(tuán)亦在不斷加快其自主技術(shù)的乏燃料后處理項(xiàng)目布局。在中核集團(tuán)“龍騰2020”科技創(chuàng)新計(jì)劃中，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200噸大型商用乏燃料后處理示范工程是首批8個(gè)科技創(chuàng)新示范工程之一。

　　“核燃料后處理技術(shù)是一項(xiàng)高、精、尖的復(fù)雜技術(shù)?！敝袊幽芸茖W(xué)研究院（以下簡稱原子能院）放射化學(xué)研究所所長鄭衛(wèi)芳說，后處理廠投資巨大、建設(shè)周期長，一般需要十年，目前世界上擁有后處理工廠的國家并不多，有限的后處理技術(shù)國際合作也無法實(shí)現(xiàn)真正核心技術(shù)交流。作為世界在建核電規(guī)模最大的國家，我國必須擁有自主乏燃料后處理技術(shù)。

　　生逢其時(shí)的放化大樓

　　9月1日，我國首次實(shí)驗(yàn)室規(guī)模動(dòng)力堆后處理熱試驗(yàn)在我國重要的核燃料后處理研究平臺(tái)——放化大樓成功啟動(dòng)。

　　“放化大樓承載著幾代放化人的夢想，如今建成投用，恰逢其時(shí)，趕上了國家新時(shí)期核能建設(shè)的重要任務(wù)?！眹揽乒ぞ指本珠L王毅韌這樣評價(jià)。

　　這次熱試驗(yàn)，我國科研人員已期盼多年。

　　“今天這一刀切下去，多年的夢想終于開始成為現(xiàn)實(shí)?！狈派浠瘜W(xué)領(lǐng)域?qū)＜彝醴蕉ㄔ菏恳姶饲榫鞍l(fā)出由衷感慨。

　　在原子能院中心位置有一排南北走向、看起來并不起眼的平房，外觀由水泥混凝土建造，在高聳的通風(fēng)煙囪下顯得安靜祥和。

　　這是我國第一座甲級放射性實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)當(dāng)時(shí)為解決緊急任務(wù)之需而搭建的臨時(shí)性放射性工作場所，設(shè)計(jì)安全使用壽命只有15年。由于種種原因，該實(shí)驗(yàn)室服役時(shí)間長達(dá)半世紀(jì)。在這里，科研人員對模擬乏燃料料液開展了多次冷鈾試驗(yàn)和溫試驗(yàn)。

　　但隨著后處理技術(shù)的不斷發(fā)展，超期服役的實(shí)驗(yàn)室已越來越不能滿足科研需要（我國后處理中間規(guī)模試驗(yàn)工廠需要進(jìn)行的熱驗(yàn)證試驗(yàn)是通過國際合作于1996年在俄羅斯完成的）。

　　建造一個(gè)高水平的、綜合性的放化實(shí)驗(yàn)大樓成為幾代放化人的夢想。2003年放化大樓經(jīng)國防科工局正式立項(xiàng)；2008年，大樓開工建設(shè)；歷時(shí)6年，2014年大樓建成并通過國防科工局的驗(yàn)收。

　　“放化大樓雖已建成，但并不意味著馬上可以投入應(yīng)用并開展熱試驗(yàn)。從建成到熱試投用似乎只有一步之遙，但這一步走過來卻非常艱難和艱辛?！编嵭l(wèi)芳說。

　　放化大樓是從事強(qiáng)放射性試驗(yàn)的設(shè)施，裝備系統(tǒng)十分復(fù)雜，要保證其可靠、安全地運(yùn)行，短時(shí)間內(nèi)完成各系統(tǒng)的調(diào)適、整改工作難度極大。

　　熱室運(yùn)輸機(jī)是擔(dān)負(fù)各熱室間轉(zhuǎn)運(yùn)物品任務(wù)的重要系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)行主要是通過兩部電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條來帶動(dòng)。為保證雙蓋容器運(yùn)輸車在各站點(diǎn)與熱室底板密封蓋精準(zhǔn)對接，運(yùn)輸車水平定位誤差必須小于兩毫米。熱室線運(yùn)輸機(jī)鏈條總長幾十米，要實(shí)現(xiàn)每一個(gè)站點(diǎn)水平精確定位，必須經(jīng)過大量反復(fù)調(diào)試才能摸索出一套精準(zhǔn)的控制方法。

　　熱室是密封包裹強(qiáng)放射性的特殊設(shè)施，如同關(guān)放“老虎”的籠子，安裝在熱室內(nèi)的所有設(shè)備不僅要求耐輻照、耐腐蝕，而且還必須有高可靠性（不能輕易出問題），設(shè)備一旦出現(xiàn)問題（包括設(shè)備維修、更換），只能隔著熱室墻，通過機(jī)械手來遠(yuǎn)距離完成。因此熱室安裝的東西必須越簡單越好，最大程度減少使用易損部件，盡量不使用電子元器件、轉(zhuǎn)動(dòng)部件。即便是一個(gè)小小的閥門，為了方便機(jī)械手操作，其把手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也先后試驗(yàn)了五六種才最終定型。

　　 考驗(yàn)意志的熱試驗(yàn)

　　熱試驗(yàn)是對真實(shí)反應(yīng)堆乏燃料進(jìn)行處理，處理對象成分極為復(fù)雜并具強(qiáng)放射性，這是后處理技術(shù)研發(fā)中最重要和最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。

　　按照流程，在成功完成元件剪切、溶解后，試驗(yàn)進(jìn)入關(guān)鍵的第三階段，即化學(xué)分離部分的首個(gè)環(huán)節(jié)——鈾钚共去污分離循環(huán)。

　　該循環(huán)主要由數(shù)個(gè)透明材料制成的萃取槽組成，其中鈾钚共萃取槽（1A萃取槽）是整個(gè)化學(xué)分離流程中第一個(gè)萃取設(shè)備，將從乏燃料溶解液中提取出鈾钚，同時(shí)產(chǎn)生高放廢液。這是最強(qiáng)放射性操作單元，是化學(xué)分離流程中最關(guān)鍵、也最容易出問題的單元，它的正常運(yùn)行與工藝效果將直接影響整個(gè)熱試驗(yàn)成敗。

　　該單元的試驗(yàn)是在10月1日晚上啟動(dòng)的。雖然正值國慶假期，但放化大樓內(nèi)燈火通明，全體試驗(yàn)人員都在現(xiàn)場忙碌著，緊張等待強(qiáng)放料液進(jìn)入1A萃取槽的那一刻。

　　21點(diǎn)50分，經(jīng)過調(diào)料的乏燃料溶解液順利進(jìn)入1A萃取槽，萃取槽進(jìn)料級顏色略顯加深，但未見異常。大家緊張的心稍稍放松下來，然而僅僅運(yùn)行不到30分鐘，萃取槽進(jìn)料級附近出現(xiàn)大團(tuán)黑色絮狀物。

　　這是鄭衛(wèi)芳最不愿意看到的境況。很快，試驗(yàn)人員向他反映，萃取槽中液面在上漲，說明萃取槽液流通道已不暢，大團(tuán)絮狀物造成的影響已經(jīng)顯現(xiàn)。

　　憑著專業(yè)知識(shí)，鄭衛(wèi)芳清楚，槽中絮狀物會(huì)越積越多，那樣試驗(yàn)將難以繼續(xù)。雖然試驗(yàn)前已有準(zhǔn)備，讓他始料未及的是，界面污物來得這么快、這么猛。

　　試驗(yàn)原計(jì)劃持續(xù)100小時(shí)，如今運(yùn)行不到30分鐘就出現(xiàn)突發(fā)情況，鄭衛(wèi)芳腦海里閃過一個(gè)詞“死定了”，在強(qiáng)放熱室里，萃取設(shè)備發(fā)生堵塞是一件極難處理的事。

　　大家都變得束手無策。參加熱試驗(yàn)的這支隊(duì)伍平均年齡不到35歲，鄭衛(wèi)芳是唯一親歷過熱試驗(yàn)的人?？粗腿〔壑猩蠞q的液面，他很快冷靜下來，根據(jù)絮狀物的形態(tài)和性狀，立即組織現(xiàn)場試驗(yàn)人員討論，很快提出了應(yīng)急措施。

　　“下來了，液面下來了”，現(xiàn)場人員無比激動(dòng)，應(yīng)急措施奏效了。

　　然而，絮狀物并沒有徹底清除，萃取槽堵塞的情況隨時(shí)可能再出現(xiàn)。

　　“不管怎樣，只要能運(yùn)行，能堅(jiān)持多久是多久?！边@是鄭衛(wèi)芳和所有試驗(yàn)人員一致的想法。

　　他吩咐大家，務(wù)必要時(shí)刻盯著萃取槽中的液面和出口物流情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并采取措施。熬到2日凌晨一點(diǎn)多，設(shè)備還在運(yùn)行，鄭衛(wèi)芳惴惴不安地回家休息。

　　一夜竟然沒有電話。

　　“是試驗(yàn)停了，他們沒告訴我，還是試驗(yàn)一直堅(jiān)持到現(xiàn)在？”鄭衛(wèi)芳不敢打電話，直接跑去了放化大樓。到了現(xiàn)場，得知試驗(yàn)還在進(jìn)行，他沒有想象中興奮，只有一種感受，置之死地而后生。

　　接下來是煎熬的漫長等待。

　　“試驗(yàn)只要能進(jìn)行10小時(shí)就會(huì)開始有樣品?！眻F(tuán)隊(duì)成員互相鼓勵(lì)， 10小時(shí)， 20小時(shí)……50小時(shí)，在線監(jiān)測系統(tǒng)表明鈾、钚萃取正常，萃取槽液面不再上漲，出口液體流出通暢。同時(shí)出口料液的分析數(shù)據(jù)表明，鈾钚回收率與裂片元素等的凈化率均滿足工藝的要求。最終，這個(gè)環(huán)節(jié)的試驗(yàn)持續(xù)了近90小時(shí)，達(dá)到了既定目標(biāo)。

　　試驗(yàn)結(jié)束后，大家檢查發(fā)現(xiàn)，槽內(nèi)多半是黑色糊狀的東西。

　　“這是后處理過程中比較常見的東西?！编嵭l(wèi)芳說，乏燃料組成成分復(fù)雜，包括四五十種元素，每種元素形態(tài)不一。雖然經(jīng)過了溶解、過濾，但看起來清亮的濾液里面有固體微粒，進(jìn)入化學(xué)分離階段后，在強(qiáng)輻照場下，固體微粒發(fā)生團(tuán)聚。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，還發(fā)生了好幾次有驚無險(xiǎn)的事件，研究人員都一一化解了。

　　“這是我國第一次開展實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的動(dòng)力堆乏燃料后處理熱試驗(yàn)，積累實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)非常重要?！编嵭l(wèi)芳說，在放射化學(xué)領(lǐng)域，至少需要十年，才能讓一個(gè)人對整個(gè)熱試驗(yàn)流程融會(huì)貫通。他告訴記者，近期將再開展一次熱試驗(yàn)，對流程進(jìn)一步檢驗(yàn)，也可以進(jìn)一步鍛煉這支年輕的隊(duì)伍。讓他自豪的是，試驗(yàn)是模擬工廠真實(shí)情況下所做的試驗(yàn)，對工廠設(shè)計(jì)、工藝運(yùn)行能起直接指導(dǎo)作用。