環保和新能源

聽說地下的石油資源,最多還有數百年的壽命,就會給地球人用盡了,再不發展新的能源,就會造成世界大動亂,你搶我奪,準備打第三次世界大戰啦,於是未雨綢繆,有遠見的國家,就會為下世紀作好準備,2012-12月-21日如果瑪雅日曆的預言地球人能夠安然度過,那麼安全而取之不盡的能源,就會漸漸的代替石油,補償那禍害無窮的溫室效應,而第四代原子能發電站的設計是超級的安全的,不只能夠利用快中子自己產生燃料發電,還能製造氫氣供給燃料電池推動電動車,成為沒有污染大氣的取之不盡能源,還有取之不盡的氧氣,因為原料就是無所不在的水,只要資本家不再盲目的賺錢,安樂的日子,就會存在,讓我們期待,這個日子的到來.

1992年3月,中國大陸批准在清華大學建造10MW高溫氣冷式反應器（HTR-10）,1992年3月至1994年12月,相繼完成廠址選擇報告,環境影響報告,可行性研究報告,初步安全分析報告,消防專篇,職業衛生專篇,設計準則和初步設計,至1995年1月完成了工程建設的全部前期工作,1995年6月14日,HTR-10正式動工澆灌第一罐混凝土,1997年底,核島主廠房封頂,1998年底,反應器壓力槽,蒸汽產生器及其圍阻體就位,1999年底,完成反應器爐心安裝及常規島施工,2000年底完成全部系統的安裝調試,實現首次臨界,在建造反應器的同時,建立了燃料裝卸,控制棒傳動,吸收球停堆,熱汽導管,蒸汽產生器兩相流五個實驗平臺,並在這些平臺上完成了一系列工程實驗研究且掌握了球形燃料元件的生產技術,試生產符合設計要求的燃料元件.

HTR-10具有一些重大的技術創新,例如脈衝氣流燃料元件裝卸系統,全數位元化控制與保護系統及球形燃料元件的研製等分別是具有世界領先水平和先進水平的成果,HTR-10採用球床式設計,因此關鍵技術之一就是燃料"球"的生產,這些微小的核燃料"球"瀰散在石墨中組成燃料元件,這種元件是保證高溫反應器具有優異安全性的最核心技術,製作"球"(全稱為"包覆顆粒")要先把核燃料製成直徑0.5公釐的核蕊,再在其外面包上四層包覆層,每層只有幾十微米厚,而且要嚴格控制每層的厚度,密度和各向同心性,最後製成的球形顆粒直徑只有0.9公釐,八千個這樣的小顆粒均勻散佈在直徑5公分的石墨基體裏,再在其外部圍上一層厚5公釐的石墨球殼,才能製成直徑6公分的球形燃料元件.

製造工序達36道,半成品,成品檢驗的性能指標34項,包覆顆粒製造不合格率要求小於萬分之一,球製作後如何在反應器不停機及無放射性條件下維護反應器,成為一個重要問題,HTR-10採取了一種新的球形燃料元件輸送形式,利用脈衝氣流讓燃料元件從卸料管中一個一個地排出,就好像用風給一個個"球"向下的外力,使其逐個滾落,不用停止反應器就可以進行維修作業,而為了讓小"球"順利下落,燃料元件裝卸系統研製了十多年,先後建立了頗具規模的冷實驗和熱實驗兩個台架,冷實驗做了十幾萬次,熱實驗又執行了幾萬個球.

中國大陸的10MWt的HTR-10實驗爐(圖11)是一種高溫球床式反應器(PBMR)於2000年啟動,2003年達到滿載功率,爐心中有27000個球狀燃料元件,濃縮度達17%,用於廣泛的研究目的,球床反應器含有成千上萬個網球大小的鈾球(圖12),鈾球的外殼有由金剛砂碳化物,陶料和石墨製成的數層保護如圖13及圖14所示,二氧化鈾作為燃料被包裹在裏面,這種鈾球就是所謂的"卵石",其散熱效果非常好,鈾燃料根本不可能達到穿透保護層的溫度,所以球床反應器無需護套,球床式技術的先進在於其安全性。

球燃料體內鈾的溫度無法達到熔點或發生爆炸,而冷卻劑使用惰性氣體氦,而不是水(水含有氫及氧,在特定環境下是易燃且易爆炸的),而傳統的輕水式反應器的缺點是數以千計的金屬棒發熱需要良好的冷卻系統防止過熱,同時還需要一個堅固的水泥圍阻體,以防範因過熱而生意外,球床反應器的另一個優點是體積小,建造容易,許多國家對球床式反應器技術很感興趣,因為球床反應器可用來製造氫氣,中國研製的高溫氣冷式反應器溫度高達700-950℃,採用先進的的(氦氣冷卻可直接推動汽機或經蒸汽產生器轉成蒸汽推動)(圖15~圖16),發電效率達45%以上,圖17~圖19為HTR-10之主要設備.
 

   



  圖11 HTR-10反應器外貌
    


      圖12 6公分直徑的燃料球
 

   圖14 球床式反應器的構造
 

   
    圖15 配合氦氣氣渦輪機之HTR-10反應器
 

      圖17 HTR-10控制室

 

    圖18 燃料球傳輸裝置


    圖19 HTR-10爐心底部
 

中國大陸在清華大學的HTR-10小型實驗爐成功後另有計畫興建模組式高溫氣冷式反應器HTR-PM，該計畫的目的有(1)補足輕水式反應器發電的不足(2)利用高溫生產氫氣以擺脫對石油能源的依賴(3)藉此發展更先進的核能科技,而要達成的目標有(1)高溫氣冷式反應器本質上安全的特性須加以維持(2)期望HTR能成為經濟的發電設備(3)降低科技的風險,以HTR-10原型反應器為基礎,透過與外國合作的關係降低風險.

HTR-PM技術的進展如下：(1)2001年~2003年期間,由核能暨新能源科技所(INET)與東中國能源設計所(ECPDI)合作作觀念設計,選擇使用蒸汽渦輪機,(2)2004年~2006年期間,完成了HTR-PM的標準設計,初步決定採用熱輸出458MWth及再熱式蒸汽循環系統,爐心採環狀設計(3)2006年8月至10月作了改變設計的決定,將出力從1×458MWt改成2×250MWt,維持輸出電力為200MWe.

而在2006年12月25日由清華大學,中國華能集團公司及中國核工業建設集團公司簽約成立華能山東石島灣核電有限公司負責經營HTR-PM高溫氣冷式核電廠,預訂2013年完工啟用如圖20所示,分段研發項目如下:2009年以前研發反應器物理的關鍵技術,包括安全目標,意外分析,PSA、餘熱移除,水及空氣侵入,分裂產物及模擬器,2012年以前完成重要設備測試,包括燃料處理系統,蒸汽產生器,控制棒及氦氣純化系統,2020年以前要研發超高溫反應器(VHTR),核能,製氫,氣渦輪機,超臨界功率循環等.
 

      圖20 高溫氣冷式核電廠HTR-PM完工模擬圖
 

HTR-10高溫實驗爐每千瓦造價為(2.8萬元),日本HTTR試驗爐每千瓦造價為(22萬元),而建造時間比日本HTTR試驗爐少(3年),明顯的告訴你,無論是技術水平和外銷價格,日本都無法和中國競爭.

2009年4月20日,世界核能部長級國際大會在北京召開,中國在會上宣佈年內山東榮成的高溫氣冷堆示範電站項目將澆灌第一罐混凝土.中,美,俄,法,日等61個國家以及國際原子能機構,經濟合作與發展組織等7個國際組織參加了會議,中國能源局副局長孫勤向全世界鄭重宣佈2009年9月,在山東榮成,電功率為20萬千瓦的高溫氣冷堆核電站示範工程項目將正式開工建設,這標識著中國自主設計的第四代先進核電反應器進入工程階段,對核電發展,技術進步都有重要的意義。

高溫氣冷式反應器核電廠示範工程的建設是一種創新的產學研體制,清華大學作為技術總負責,與中國核電建設集團,中國華能集團組成戰略合作夥伴,建設具有自主知識產權的20萬千瓦高溫氣冷式核電廠示範工程,是中國16個國家科技重大專項之一,這對中國掌握新一代先進核能技術,推動核能技術進步,提升自主創新能力,加快核電建設國產化進程和實現可持續能源發展戰略都具有重要的戰略意義.

參考資料:

Zuoyi ZHANG,“Chinese HTR Program: HTR-10 results & Work Progress on HTR-PM”, ICAPP 2007, NICE(2007)

 

原子能反應堆的構造由第一代而行生至第四代,反應堆的結構,有著很大的變化,好像日本福島的設計,屬於第一代的不合理結構,這種結構的設計,是可以生產製造核彈的原料钚239的,它是通过反應堆中產生的慢中子轟擊铀-238人工生產的,中子来源于用于天然铀作成的元件中的铀-235,铀-235裂变中子產额为2-3个,這些中子經過慢化後會再次引起铀-235裂變.

维持這種裂變反應只需一個次级中子就够了,其遺的除被慢化劑等吸收掉的外,即可使天然铀的铀-238轉化为钚-239了,所以,反應堆中的核燃料元件,既是燃料,又是生產钚-239的原料,钚-239是從乏燃料元件中分离出来的,實際上,反應堆的作用,就是燒掉一部分天然铀中的铀-235来换取钚-239,平均燒掉一个铀-235原子,得到0.8个钚-239原子。

在1960年代,通用電氣(GE)開始生產的加壓沸水反應爐採用了馬克1型圍阻體,並使用了建造容易,較小,較廉價的設計結構。這種反應爐稱為{馬克1型反應爐},福島第一核電廠的6座反應爐之中,有5座是馬克1型反應爐,在大地震與大海嘯之後,由於冷卻系統故障,有幾座馬克1型反應爐遭遇了爐心熔毀的命運.

1980年後期,通用電氣自1975年以來的內部文件曝光,內容指稱馬克1型反應爐未經足夠測試,存有影響安全的設計瑕疵,導致數家公用事业公司,發電廠經營者曾打算對通用电气提告,期間,美國核電廠已針對所有馬克1型反應爐進行改造,增加了排氣系統,以便在過熱的狀況下尚能降壓,在諸多瑕疵當中,馬克1型圍阻體的低圍阻容量設計最為人詬病,就像福島第1核電廠現正經歷的狀況,這種設計經不起爆炸,以及氫氣膨脹的衝擊.



 
        高輻射汙水經過礫石層洩漏的路徑。  1：反應爐建築。  2：渦輪機建築。  3：冷水進水口。




為了保護乏燃料(廢料)共同儲存池,和不顧安全往反應堆爐心灌海水的奇怪舉動,想深一層,就是為了保護廢料,提煉氫彈的钚239原料.1972年,美國原子能委員會安全檢查官史蒂芬·韓納爾（Stephen Hanauer）認為,馬克1型反應爐所引起的安全疑慮難以接受,並建議停止生產更多這類型反應爐。
 

日本核能力

日本现有核电站54座,核電规模世界第三,僅次于美國和法國,核能發电量占全國總發電量的30%左右.

日本拥有40吨钚,居世界第四,2006年3月31日青森县六所村核費料再處理工廠啟動,從2007年8月起每年增加4吨钚（5吨钚可以制造1000多件核武器）.

如果日本可以從廢料中濃縮儲藏達40噸钚原材,那麼1975年就擁有氫氣彈的中國人,可不可以在37年裡也擁有40噸钚核分裂原材,製造八千枚核子彈頭呢,美國人不是發現中國人建造地下長城隧道嗎,智者見智,只有請教那些專業人士,也許有個模糊的答案.

有個答案美國人可以給你,就是最最精密的嬌小玲瓏的W86和W88核子彈頭和多彈頭分體導彈技術,聽說被中國人在90年代偷了又仿照成功,你怎麼說.雖然日本的載運火箭相當的成熟,倒是沒有聽說過日本有發展一枚載運火箭發射多衛星這樣的技術.
 

如果原子發電站真的對人類有著健康上的損害,為何慈悲為懷的慈濟人又會贊成這個運作標題吶,因為她們了解到這是設計人的概念問題,設計如果是純粹為人類福祉製造的,它是安全的,如果目的是為了製造潰滅性武器提煉原料的,鬼鬼祟祟的行動,不知是否那天也看不下去,於是天災人禍一起,好叫你警惕,要別人痛苦,自己先品嚐一下吧