反应堆领域期刊

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《Progress in Materials Science》：液态铅/铅铋冷却反应堆结构材料的环
液态铅/铅铋冷却快中子核反应堆（简称“铅基快堆”，下同）具有能量密度高、本征安全性好、核燃料利用效率高等优点，被第四代核能系统国际论坛（GIF）列为最有希望首先实现商用的第四代堆型，也是近20年来核能领域研究的重点和热点核技术之一。该堆型在陆地、深海和深空等多种场景下均具有广阔的应用前景，其最早应用可追溯至上个世纪前苏联成功研制的阿尔法级铅铋核动力潜艇。但是，铅和铅铋介质对不锈钢的性能具有较强的环境退化作用，严重制约了该堆型的大规模工程化应用。

近日，深圳大学物理与光电工程学院核科学与核技术系先进核能团队的龚星博士（副研究员）在国际材料科学领域顶尖综述期刊《Progress in Materials Science》（最新IF=39.58，中科院一区）上发表题为《Environmental degradation of structural materials in liquid lead- and lead-bismuth eutectic-cooled reactors》的综述文章，全文约8.5万字，含6大章节（约60个小节），111个图。该论文第一作者和共同通讯作者均为深圳大学的龚星副研究员，第二作者是美国麻省理工（MIT）的Michael P Short教授，第三作者是法国HESAM Université的Thierry Auger教授，第四作者是比利时核能研究中心（SCK CEN）的Evangelia Charalampopoulou博士，第五作者兼共同通讯作者是在比利时核能研究中心（SCK CEN）和英国University of Huddersfield同时任职的Konstantina Lambrinou教授。

《Progress in Materials Science》是国际材料科学研究领域的顶尖综述性学术期刊，该期刊不接受自由投稿，主要由期刊编辑邀请在相关领域做出突出贡献的学者对热点领域的研究进展和未来方向进行综述和展望。该期刊在材料学领域具有重大影响力，每年仅出版6至8期，每期仅刊登3至6篇文章，2020年影响因子为39.58，5年影响因子39.026。

该论文首先介绍了液态铅和铅铋共晶合金作为核反应堆冷却剂的优点以及应用前景、概括了结构材料（主要包括商用不锈钢）在液态铅和铅铋介质中面临的主要性能环境退化效应和相关抑制技术手段，然后详细综述了316L、15-15Ti和T91等三种结构钢在液态铅铋（和铅）环境中的液态金属腐蚀和液态金属脆化这两种最重要的性能退化现象的基本特点、关键影响因素和微观机理，并综述了抑制这两种性能退化效应的技术手段的优缺点，包括系统设计优化（优化堆内构件几何形状降低紊流等）、主动氧控（结合大量腐蚀数据绘制了详细的316L系列奥氏体不锈钢和9Cr/12Cr铁素体/马氏体钢的氧控边界图）、材料改进（合金化、表面涂层、新材料开发如高熵合金、MAX相等），论文最后总结了不锈钢的液态金属腐蚀和液态金属脆化性能的基本结论以及相关抑制技术措施、展望了铅基快堆材料近期和中长期发展方向。该综述论文对铅基快堆材料的发展具有重要参考作用。

中国计划打造首座无水核反应堆，对人类有哪些好处？

我国一个科研团队发布了一个和商用核反应堆有关的方案，如果这个方案能够在沙漠地区实施，它将会是全世界“第一个”无需消耗水资源就能冷却的核反应堆，为该地区提供大量能源。

轴提供动力的反应堆，容易造成污染和核泄漏，安全性不高。但这个新的熔盐反应堆是液态钍来提供动力的，如果出现了泄漏的现象，液态钍在短时间内完成固化和冷却的步骤，尽量避免环境被辐射污染。

政府计划在2030年完成第一个商业反应堆的建设任务，而且选择的建造地址是中国西部的沙漠和中部的平原，考虑到“一带一路”的国家政策，很可能在周边国家也进行反应堆的建设。重点是这些核反应堆释放出来的能量，不能用来制造核武器。

《核技术》期刊上，物理学家严锐和他的科研团队还为此发表了一篇论文，里面提到：这种小型的反应堆具备了很强的优势，它们效率高，灵活性和经济性也很强，未来它们或许会在能源过渡中起到关键性的作用。

2060年之前，中国想要实现碳中和的计划，因此，才会大力推动熔盐反应堆的建设。将反应堆建造在人口稀少的西部，加上太阳能和风力的发电厂，将来东部地区的人们就可以使用到稳定且清洁的电能。

熔盐反应堆可以运用到很多地方，除了能够给居民们提供电力外，还能为航天和军舰提供新的能源。因此，最近几年，很多国家都开始将目光转向了小型的熔盐反应堆。

其实在二十世纪四十年代，已经出现了液态盐为动力的反应堆概念。后来美国还利用这种技术制造出了一架轰炸机。六十年代时，美国建造了一座发电站，用来测试这项技术的发电能力。不过，类似的实验，美国、前苏联、日本和法国等国家都失败了。

失败的原因是，当时的科学家们没有办法解决管道被放射性熔盐腐蚀的问题。不过，科学家们从实验中获得了很多经验和信息，近年来，我国研究这个领域的科学家们，在得到政府的支持后，也开始投入这个研究项目中。

2011年，政府批准了在甘肃的沙漠地区建造液态钍熔盐堆核能系统原型的计划。计划启动之后，为了解决掉之前实验中遇到的问题，几乎调动了全国研究这个项目的科学家。

因为疫情的原因，这个项目没有按照原计划进行，不过，预计在下个月，建设工作就会完成，而尝试运行设备这一步，或许会在九月份开始。虽然原型机只能释放出两兆瓦的能量，但若是真的成功了，那就说明理论的可行性是非常高的，只要继续研究下去，实现这个计划不过是早晚的问题。

严锐和他的团队设计出来的商用液态钍反应堆，可以释放的能量达到了一百兆瓦左右，虽然还是比轴反应堆小，但这个电能已经能够给十万居民提供日常使用的电力。

而且它的技术安全性更高，如果遇到了意外情况，反应堆内的熔盐就会落入下面的容器，不会带来辐射问题。

中国想要建设熔盐反应堆的另一个原因是，我们的钍储备量是全世界最高的，但轴的储量却很低。如果我们能够完成钍反应堆的建设，至少两万年内不需要担心能源短缺的问题。

来说说17亿年前的核反应堆，早有科学家预言它会出现

1960年，核物理学家黑田和夫（Kuroda, P.K.）发表《地球早期 历史 上的核裂变》论文，推测地球上应该存在天然的核反应堆，这篇论文发在著名科学期刊《自然》上。另外，有证据表明，这位日裔美籍核物理学家，曾在二战后悄悄将制造原子弹的技术文件偷运回日本。

黑田和夫在论文中尝试给出了在何种自然条件下，地球上有可能会出现天然的核反应堆。可能连他自己都未想到，还真的能找到，毕竟可能出现过不代表一定会出现，其次就算出现过，也不代表就真的能找到。

但就在1972年，这事儿还就成真了，弗朗西斯·佩兰在分析来自加蓬的铀矿石时，发现了核自持反应存在的痕迹，于是他前往加蓬地区考察，果真发现了天然核反应堆。并且，也证明了黑田和夫的猜想基本正确。

这个事儿可就名声大多了，要从1972年法国从非洲加蓬奥克洛(Oklo)的铀矿说起。通常自然界中，核燃料铀235含量为0.72%，可这批铀矿的铀235，仅有0.717%（其实区别不大），怀疑是使用过。

研究人员在加蓬共发现了16处史前核反应堆，它们从17亿年前(另有说法称是20亿年)开始裂变，断断续续持续了几十万年，而那会儿地球上只有单细胞生物蓝青藻，所以有人怀疑是人造反应堆也不是没有道理。

确实，人工核反应堆里铀235的浓度必须富集到3%，还需要有水作为中子减速剂，使中子速度降低，提高核反应的效率，同时作为冷却剂带走反应热量。

而在奥克洛，自然条件使得天然核反应堆正好得以发生。首先是存在富集的核燃料，估计17亿年前铀235的含量约为3.1%，满足反应的临界值;其次，当地铀矿共生高含水岩层，是天然减速剂。

正是这种得天独厚的条件造就了这个纯天然核反应矿藏。