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经济参考:核技术向民用领域积极延伸
文章来源:经济参考 日期:2020年01月16日

  一听到“核”,有人会联想到原子弹、氢弹等毁灭性武器;也有人会联想到苏联切尔诺贝利核电站和日本福岛核电站悲惨的核事故——自“核”诞生以来,人们往往谈“核”色变。

  今年1月15日是中国核工业创建65周年,65年来,我国核工业突破了原子弹、氢弹和核潜艇,实现了核电自主化、系列化、规模化发展。不仅如此,现如今“核”技术已经进入人们生活中,在工业、农业、医学、环保等领域得到广泛应用,核辐照技术甚至运用于马铃薯保鲜。近日,记者走访了我国首座核燃料元件厂——中核北方核燃料元件有限公司,近距离感受应用于和平领域的“核”。

必威APP下载  与“核”打交道的人

必威APP下载  中核北方核燃料元件有限公司(以下简称“二○二厂”)位于内蒙古自治区包头市。目前我国大陆有47台在运核电机组,而为核电站提供核燃料元件的生产厂全国只有两家,二○二厂就是其中之一。

必威APP下载  二○二厂成立于1958年,曾为国家“两弹一艇”和核电事业做出过重要贡献,是我国首座核燃料元件厂。现如今,这里已发展成为中国核燃料元件种类最多、技术路线最全的生产供应商,拥有重水堆、压水堆、AP1000和高温气冷堆等多条核电燃料元件生产线。

  坐落于包头市青山区的二○二厂,外界对它的印象是:防护严密、等级森严。据包头人讲,从前,当地人出于对“核”的恐惧和对核燃料元件生产的不了解,担心核辐射,一般都不愿意到二○二厂周边买房。

  然而,当我们在盛夏时节走进厂区却发现,厂区内绿树掩映,鲜花盛开,空气清新,核燃料元件生产线设于一栋栋现代化小楼内,更像是一家科研单位。

  进入核燃料元件生产车间,一线工作人员只穿着一件普通工作服。“核燃料元件在制备过程中,就像刚开采出的原煤,并没有发生裂变反应,属于弱放射性物质。”二○二厂压水堆核燃料元件生产线负责人杨光宇解释说:“一张薄薄的纸就能挡住物料释放的α射线,没必要穿辐射防护服。”

  尽管如此,为尽可能减少工作人员直接接触生产物料的次数,生产车间采用自动化流水线,从原料提纯到加工生产出成品,全部由机械设备完成。偌大的车间,只看见两三个工作人员,实现了安全和效率的最大化。

  记者发现,每名生产人员的胸前都佩戴着一个U盘型的配饰。杨光宇说,这是他们的“护身符”,叫作辐射计量器。辐射计量器内含有特殊晶体,可以吸收物料所散发出来的各类射线,从而确定生产人员所接受的辐射剂量是否超标。

必威APP下载  根据测算,即使在核燃料元件厂工作一年,工作人员受到的有效辐射剂量也仅相当于做1次X光透视。一线生产工人开玩笑说:“比起贴满大理石的豪华装修房,生产车间内的辐射量要低得多。”

必威APP下载  核燃料元件厂排向环境中的放射性物质更少,辐射剂量仅为0.01m Sv(毫希弗,辐射单位),相当于每人每年所受天然辐射量的0.24%,基本可以忽略不计。“二○二厂全部采用密闭厂房,而且是负压设计,只能让外部空气进,厂房内的空气却出不去。”杨光宇说。

必威APP下载  由于安全性高、核辐射低,核燃料元件厂不会影响人们在其周边生活,德国、法国、荷兰的核燃料元件厂都在市区内,二○二厂也位于包头市青山区。近年来,随着人们对“核”和平应用的进一步了解,二○二厂已不再是居民购房的“禁区”,周边居民楼林立,学校、医院、商业街等一应俱全,广场上有跳舞的、打牌的、遛狗的,充满了生活气息。

必威APP下载  徒手能拿的“核煤球”

必威APP下载  “把核电站比作一台锅炉,核燃料元件就像‘蜂窝煤’,我们厂就是生产‘蜂窝煤’的。” 二○二厂党委副书记常甲辰说,二○二厂拥有各种堆型的核燃料元件制造能力,能为核电站供应多种“蜂窝煤”。

  核燃料球是“蜂窝煤”中最特殊的一种。这种在二○二厂的高温气冷堆核燃料元件生产车间生产出的新型核燃料元件,不同于以往的柱状造型,而是一种黑乎乎的圆形球体。

  二○二厂高温气冷堆核燃料元件生产线负责人刘逸波介绍,这条高温气冷堆核燃料元件生产线,是全球第一条具有第四代核技术特征的工业化规模燃料元件生产线,承载了清华大学30多年的研究成果,具有我国完全自主知识产权。该生产线于2016年8月正式生产,年产30万个核燃料球。

必威APP下载  刘逸波展示着手中的核燃料球说,这种核燃料元件的辐射量很小,是很安全的。“一颗台球大小的燃料球,直径6cm,重量200克,内含7g核燃料,个头不大,但能量巨大。”他介绍说,一颗核燃料球完全反应释放的能量相当于1.5吨标准煤,四颗这样的“核煤球”就够一个三口之家的冬季取暖了。

  刘逸波介绍,每个核燃料球内,有大约12000个圆珠笔尖大小的颗粒,这就是整个元件最核心的部分——二氧化铀核芯。为了阻止裂变产物的泄露,每个二氧化铀颗粒身上有4层包覆材料,最内层是疏松热解碳层,负责吸收气态的核反应产物和缓解应力,其外有两层致密热解碳层和一层碳化硅层。

  这是目前最先进的包覆方式。刘逸波说:“相当于给内部核燃料及产物穿上陶瓷‘铠甲’,使得核燃料球能够在1800℃、450个小时的连续高温考验下,保持完好,无破损,有效防止放射性物质泄漏。”

  最终包覆颗粒的粒径达到0.92mm。接下来,是把无数的微小颗粒压制成燃料球。但直接压制,容易造成颗粒破裂,因此,压制前要给颗粒“穿衣”,即包裹上一层石墨粉。记者看到,“穿衣”的过程就像滚元宵,包覆颗粒在容器内反复翻动,直至在表面均匀地包裹一定厚度的石墨粉。

  “穿衣”后的包覆颗粒和基体石墨粉被注入模具,经过预压成为直径5cm的芯球。之后,其外要再包裹一层5mm厚的石墨球壳,最终成形为直径6cm的燃料球。这层石墨球壳被称作“无燃料区”,是阻止核芯放射性物质泄漏的又一道屏障。

  经过一系列工艺加工,核燃料球可以经受4米高度跌落1800多次,远大于50次的技术指标要求,保证了内部核燃料的可靠密封。

必威APP下载  截至目前,二○二厂已生产出60多万个合格的球形核燃料元件。刘逸波表示,这些核燃料球将送到位于山东省的荣成石岛湾核电站高温气冷堆示范工程,它是全球首座工业示范第四代核电站,预计今年建成投产。

  追踪“核靶标”

必威APP下载  “除了发电,核技术应用目前已经转向民用化,深入日常生活的方方面面。同位素药物与辐射技术等已经广泛应用在医疗、农业、环保等领域。”二○二厂副总工程师田春雨说。

  “平时大家一听到核医学,就会联想到辐射,甚至是死亡,其实核医学技术很安全,大可不必担心。”田春雨说,目前,正有越来越多的省市级大医院开设核医学科,利用标记有放射性核素的药物来诊断和治疗疾病。

必威APP下载  田春雨介绍,核医学检测技术非常灵敏,放射性药物剂量小、半衰期短,因此人体受到的辐射量对身体无伤害,可放心检查。有数据表明,一次普通核医学检查患者的受照剂量,甚至小于北京飞往旧金山的宇宙辐射剂量。

必威APP下载  记者了解到,放射性同位素在医学上的用途非常广泛,大致分为诊断和治疗两大类,即利用放射性同位素在不同组织器官的分布特点,采用核素造影方式,显示异常病变部位,或进行治疗。

必威APP下载  田春雨简单解释说:“碘-131、氟-18、锝-99等放射性同位素药剂被病人服入后,很快会集中到病灶,进入到癌细胞内部,这样释放出微量射线就能被大型医疗仪器所接收,实现了精准定位癌细胞,像打靶一样,做出精准诊断。”

必威APP下载  二○二厂之前主要生产核医学装备屏蔽产品,近年开始进入同位素药物的生产行列。2019年8月,中核集团中国同辐股份有限公司联合二○二厂与当地政府签订了包头同位素药物中心投资意向协议,该项目建成后将成为中核集团在内蒙古落地的首个核技术应用项目。

  “包头同位素药物中心将覆盖周边300公里范围内的大中医院及医疗机构的用药需求,内蒙古中部地区的癌症患者就可以就近诊断治疗,不用只能跑到北京看病治疗了。”田春雨说。

  马铃薯用上“核保鲜”

  田春雨介绍,核技术在农牧业上的应用也是民用核技术应用的重要领域,这一技术将成为现代农业科技发展和绿色农牧业品牌建设的重要领域之一。特别是食品辐照加工技术,是继食品罐藏加热、冷冻保藏技术之后又一食品加工、保鲜的新技术。

  田春雨继续对记者进行和平利用“核”的科普:辐射加工,就是通过电离辐射,射线穿过被辐照的物质,发生物理、化学或生物效应,起到保鲜、消毒灭菌或者材料改性的一种加工方法。

必威APP下载  辐射加工有很多优点,在常温下加工,应用范围广;射线可穿透产品,不会破坏外包装,造成二次污染;不添加任何化学药物,无污染、无残留;自动化高效加工,消毒灭菌彻底……

必威APP下载  早在1984年,我国就开始了核农业技术应用,辐照马铃薯、洋葱、大蒜和肉制品等。目前全国已有28个省、市、自治区对数百种食品进行了辐照保鲜、杀虫灭菌、改善品质方面的研究,全国年辐照食品总量超10万吨,居世界第一。

  内蒙古是马铃薯(也称土豆)种植大区,但当地储存地窖条件简陋,每年春季升温后,会有大量土豆发芽,甚至腐烂,而此时正是反季土豆的市场空缺期,导致农民经济损失。

必威APP下载  辐照技术可以很好地解决这一问题。田春雨说:“通过辐射,土豆就不会发芽,而且不会降低原有品质,并有效延长保鲜期。”对于人们担心的辐照食品是否有核辐射问题,记者了解到,就像用巴氏杀菌法消毒食物一样,辐照并不会引起卫生健康等问题。其实航天员吃的航天食品,就是辐照食品,很安全。

  不仅如此,核辐照技术还能进行育种,由于遗传性变异,可以产生出抗倒伏、抗病虫害的新种子。更有意思的是,核辐射还被用于昆虫不育技术中,科研人员利用钴-60,铯-137放出的γ射线或加速器产生的电子束,对害虫的虫蛹或成虫进行一定剂量的照射,使其雄虫失去生殖机能,从而防治害虫。

  田春雨说,民用核技术被称为“核工业的轻工业”,国际上核技术应用产业正处于快速发展阶段,全世界核技术产业化规模近万亿美元,我国核技术应用产业规模约1000亿元。

  他表示,现代生活中很多地方都离不开辐射,像消毒、保鲜、治疗疾病等,只要注意防护辐射,是完全可以保持安全状态的。我们要科学认识生活的“核”,利用“核”造福于人民。

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