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July/August2008

核能发电技术的创新

核能发电技术的创新

作者：STANT.ROSINSKI和TOMJ.MULFORD

当今世界共有超过440个核反应堆。每一个都是全球电力供应网上的关键部分，占世界总发电量的17%，美国混合供电比例的20%。由于人们越来越多的担心矿物燃料燃烧排放出的温室气体导致全球变暖问题，核能发电就被看作是一种新型的替代能源。现在核能发电已几乎占世界零排放发电总量的一半，约占美国零排放发电总量的70%。

科学界已达成共识，大气中的二氧化碳和其他温室气体的浓度升高正在改变着地球的气候。国际社

会继续致力于联合国气候变化框架公约(UNFCCC)，此公约于1994年被确定为国际法，并得到美国政府的持续支持。联合国气候变化框架公约的根本目标是“使大气中的温室气体的浓度稳定在一定水平，以防止人类行为对气候造成的影响。”

要稳定温室气体的浓度，我们还面临着巨大的挑战。到21世纪末，世界人口可能要比现在至少增加

50%，而且世界经济预计是现在经济总量的几倍。由于社会将在2100年达到一个稳定的状态，我们必须建立一个低碳排放的大型能源系统。

为了保持和扩大无碳能源项目，以实现全球气候政策目标的同时满足日益增长的电力需要，核能发

电技术方面进行创新是必须的。在核能发电厂的设计、系统、元件和规章制度（把目标与严谨的技术知识结合起来）方面的更新和提高，对于降低成本和强调安全、保障、废物管理和核扩散方面的问题，是至关重要的。在很大程度上科学知识和创新技术可以减少人们的担忧并提高政治及公众的接受程度，将决定核能是否能在限制碳排放的将来在国内及世界能源供应结构中占据重要的位置。

技术进步

如图1所示，我们现在使用的核能技术已经过50多年的发展。在20世纪50和60年代，产生了第I代核反应堆，同时第II代核反应堆也应用在美国的军舰及各地的许多核发电厂中。今天在美国已有104个这样的核发电厂。

在早期，人们认为核技术可以提供价格低廉的电力，但是核能技术在美国的能源工业中的实际应用

却使人们产生了怀疑，原因是核能成本高昂、储运消耗大并且维修费用高。由于核电厂建造起来非常笨重，并且个体的、为客户定制的电厂的许可证发放手续烦琐，造成了电厂建造的平均成本和建造时间的大幅提高。

然而，由于这些基础设施所增加的服务，操作和保养措施的提高以及元件和材料的更新换代，美国

过去的25年里军舰的第II代核反应堆设计的平均容量因数从60%提高到了90%。今天由于目前核反应堆的优良的运行表现、节约成本的新型设计、简化了的许可证发放程序和政府越来越多的支持，人们对第III

代核发电厂越来越感兴趣了。

ASTM国际组织技术委员会E10《核技术及其应用》

ASTM国际组织技术委员会E10《核技术及其应用》主要负责开发、维护与利用核技术有关的标准。在此背景下，该组织还组织和开展技术研讨会和讲习班，以促进核科学与核技术的发展以及安全使用各种形式的核能。技术委员会E10已制定和维护了涵盖大范围的核程序公开标准，其中有超过100个的标准，

目前由下列六个E10的分技术委员会维护：

E10.01《辐射处理：放射量测定和应用》；E10.02《核结构材料的性能和使用》；

E10.03《核设施及部件排污和更换的辐射防护》；E10.05《核辐射计量》；

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E10.07《材料和装置的辐射效果进行放射量测定》；E10.08《中子辐射损伤模拟程序》。

技术委员会E10的活动涵盖了几乎所有的民用核技术（那些有关核燃料循环的除外，ASTM技术委员会C26负责核燃料循环）。技术委员会E10与C26保持着密切的工作关系，两个技术委员会有多名成员工作。

技术委员会E10最近举行了技术论坛，以评估与第IV代核反应堆的设计和开发有

关的短期问题的标准化需求。该技术委员会致力于为重振核电工业的技术创新提供标准化的支持。

图1—来自美国的核能商业化发展：能源部

第III代和第III+代核电厂已在日本应用，其他国家正在建设之中或正准备订购。第IV代核电厂的设计现正在筹划之中，最早将在2020年后运行。

第III代

20世纪80年代初期，人们了解到新型的核反应堆设计需要进一步提高，从而在核电厂生命周期内提供最有成本效益的运转，并且大幅提高其内在安全性。在20世纪80年代中期，美国和国际社会做出了巨大的努力，制定了核电厂设计的基础标准—设计应着眼于提高可靠性、经济性和安全性。此标准催生了第

III代核电厂的发展，其设计基础是从运转经验、元件和材料优化和系统简化等方面得来的经验教训。还产

生了第III+代核电厂的设计，此设计包括了上述的革新改进，并采用了一个新的安全方法概念—被动安全，参