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經濟參考:核技術向民用領域積極延伸
文章來源:經濟參考 日期:2020年01月16日

  一聽到“核”,有人會聯想到原子彈、氫彈等毀滅性武器;也有人會聯想到蘇聯切爾諾貝利核電站和日本福島核電站悲慘的核事故——自“核”誕生以來,人們往往談“核”色變。

  今年1月15日是中國核工業創建65周年,65年來,我國核工業突破了原子彈、氫彈和核潛艇,實現了核電自主化、系列化、規模化發展。不僅如此,現如今“核”技術已經進入人們生活中,在工業、農業、醫學、環保等領域得到廣泛應用,核輻照技術甚至運用于馬鈴薯保鮮。近日,記者走訪了我國首座核燃料元件廠——中核北方核燃料元件有限公司,近距離感受應用于和平領域的“核”。

  與“核”打交道的人

  中核北方核燃料元件有限公司(以下簡稱“二○二廠”)位于內蒙古自治區包頭市。目前我國大陸有47臺在運核電機組,而為核電站提供核燃料元件的生產廠全國只有兩家,二○二廠就是其中之一。

  二○二廠成立于1958年,曾為國家“兩彈一艇”和核電事業做出過重要貢獻,是我國首座核燃料元件廠。現如今,這里已發展成為中國核燃料元件種類最多、技術路線最全的生產供應商,擁有重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆等多條核電燃料元件生產線。

  坐落于包頭市青山區的二○二廠,外界對它的印象是:防護嚴密、等級森嚴。據包頭人講,從前,當地人出于對“核”的恐懼和對核燃料元件生產的不了解,擔心核輻射,一般都不愿意到二○二廠周邊買房。

  然而,當我們在盛夏時節走進廠區卻發現,廠區內綠樹掩映,鮮花盛開,空氣清新,核燃料元件生產線設于一棟棟現代化小樓內,更像是一家科研單位。

  進入核燃料元件生產車間,一線工作人員只穿著一件普通工作服。“核燃料元件在制備過程中,就像剛開采出的原煤,并沒有發生裂變反應,屬于弱放射性物質。”二○二廠壓水堆核燃料元件生產線負責人楊光宇解釋說:“一張薄薄的紙就能擋住物料釋放的α射線,沒必要穿輻射防護服。”

  盡管如此,為盡可能減少工作人員直接接觸生產物料的次數,生產車間采用自動化流水線,從原料提純到加工生產出成品,全部由機械設備完成。偌大的車間,只看見兩三個工作人員,實現了安全和效率的最大化。

  記者發現,每名生產人員的胸前都佩戴著一個U盤型的配飾。楊光宇說,這是他們的“護身符”,叫作輻射計量器。輻射計量器內含有特殊晶體,可以吸收物料所散發出來的各類射線,從而確定生產人員所接受的輻射劑量是否超標。

  根據測算,即使在核燃料元件廠工作一年,工作人員受到的有效輻射劑量也僅相當于做1次X光透視。一線生產工人開玩笑說:“比起貼滿大理石的豪華裝修房,生產車間內的輻射量要低得多。”

  核燃料元件廠排向環境中的放射性物質更少,輻射劑量僅為0.01m Sv(毫希弗,輻射單位),相當于每人每年所受天然輻射量的0.24%,基本可以忽略不計。“二○二廠全部采用密閉廠房,而且是負壓設計,只能讓外部空氣進,廠房內的空氣卻出不去。”楊光宇說。

  由于安全性高、核輻射低,核燃料元件廠不會影響人們在其周邊生活,德國、法國、荷蘭的核燃料元件廠都在市區內,二○二廠也位于包頭市青山區。近年來,隨著人們對“核”和平應用的進一步了解,二○二廠已不再是居民購房的“禁區”,周邊居民樓林立,學校、醫院、商業街等一應俱全,廣場上有跳舞的、打牌的、遛狗的,充滿了生活氣息。

  徒手能拿的“核煤球”

  “把核電站比作一臺鍋爐,核燃料元件就像‘蜂窩煤’,我們廠就是生產‘蜂窩煤’的。” 二○二廠黨委副書記常甲辰說,二○二廠擁有各種堆型的核燃料元件制造能力,能為核電站供應多種“蜂窩煤”。

  核燃料球是“蜂窩煤”中最特殊的一種。這種在二○二廠的高溫氣冷堆核燃料元件生產車間生產出的新型核燃料元件,不同于以往的柱狀造型,而是一種黑乎乎的圓形球體。

  二○二廠高溫氣冷堆核燃料元件生產線負責人劉逸波介紹,這條高溫氣冷堆核燃料元件生產線,是全球第一條具有第四代核技術特征的工業化規模燃料元件生產線,承載了清華大學30多年的研究成果,具有我國完全自主知識產權。該生產線于2016年8月正式生產,年產30萬個核燃料球。

  劉逸波展示著手中的核燃料球說,這種核燃料元件的輻射量很小,是很安全的。“一顆臺球大小的燃料球,直徑6cm,重量200克,內含7g核燃料,個頭不大,但能量巨大。”他介紹說,一顆核燃料球完全反應釋放的能量相當于1.5噸標準煤,四顆這樣的“核煤球”就夠一個三口之家的冬季取暖了。

  劉逸波介紹,每個核燃料球內,有大約12000個圓珠筆尖大小的顆粒,這就是整個元件最核心的部分——二氧化鈾核芯。為了阻止裂變產物的泄露,每個二氧化鈾顆粒身上有4層包覆材料,最內層是疏松熱解碳層,負責吸收氣態的核反應產物和緩解應力,其外有兩層致密熱解碳層和一層碳化硅層。

  這是目前最先進的包覆方式。劉逸波說:“相當于給內部核燃料及產物穿上陶瓷‘鎧甲’,使得核燃料球能夠在1800℃、450個小時的連續高溫考驗下,保持完好,無破損,有效防止放射性物質泄漏。”

  最終包覆顆粒的粒徑達到0.92mm。接下來,是把無數的微小顆粒壓制成燃料球。但直接壓制,容易造成顆粒破裂,因此,壓制前要給顆粒“穿衣”,即包裹上一層石墨粉。記者看到,“穿衣”的過程就像滾元宵,包覆顆粒在容器內反復翻動,直至在表面均勻地包裹一定厚度的石墨粉。

  “穿衣”后的包覆顆粒和基體石墨粉被注入模具,經過預壓成為直徑5cm的芯球。之后,其外要再包裹一層5mm厚的石墨球殼,最終成形為直徑6cm的燃料球。這層石墨球殼被稱作“無燃料區”,是阻止核芯放射性物質泄漏的又一道屏障。

  經過一系列工藝加工,核燃料球可以經受4米高度跌落1800多次,遠大于50次的技術指標要求,保證了內部核燃料的可靠密封。

  截至目前,二○二廠已生產出60多萬個合格的球形核燃料元件。劉逸波表示,這些核燃料球將送到位于山東省的榮成石島灣核電站高溫氣冷堆示范工程,它是全球首座工業示范第四代核電站,預計今年建成投產。

  追蹤“核靶標”

  “除了發電,核技術應用目前已經轉向民用化,深入日常生活的方方面面。同位素藥物與輻射技術等已經廣泛應用在醫療、農業、環保等領域。”二○二廠副總工程師田春雨說。

  “平時大家一聽到核醫學,就會聯想到輻射,甚至是死亡,其實核醫學技術很安全,大可不必擔心。”田春雨說,目前,正有越來越多的省市級大醫院開設核醫學科,利用標記有放射性核素的藥物來診斷和治療疾病。

  田春雨介紹,核醫學檢測技術非常靈敏,放射性藥物劑量小、半衰期短,因此人體受到的輻射量對身體無傷害,可放心檢查。有數據表明,一次普通核醫學檢查患者的受照劑量,甚至小于北京飛往舊金山的宇宙輻射劑量。

  記者了解到,放射性同位素在醫學上的用途非常廣泛,大致分為診斷和治療兩大類,即利用放射性同位素在不同組織器官的分布特點,采用核素造影方式,顯示異常病變部位,或進行治療。

  田春雨簡單解釋說:“碘-131、氟-18、锝-99等放射性同位素藥劑被病人服入后,很快會集中到病灶,進入到癌細胞內部,這樣釋放出微量射線就能被大型醫療儀器所接收,實現了精準定位癌細胞,像打靶一樣,做出精準診斷。”

  二○二廠之前主要生產核醫學裝備屏蔽產品,近年開始進入同位素藥物的生產行列。2019年8月,中核集團中國同輻股份有限公司聯合二○二廠與當地政府簽訂了包頭同位素藥物中心投資意向協議,該項目建成后將成為中核集團在內蒙古落地的首個核技術應用項目。

  “包頭同位素藥物中心將覆蓋周邊300公里范圍內的大中醫院及醫療機構的用藥需求,內蒙古中部地區的癌癥患者就可以就近診斷治療,不用只能跑到北京看病治療了。”田春雨說。

  馬鈴薯用上“核保鮮”

  田春雨介紹,核技術在農牧業上的應用也是民用核技術應用的重要領域,這一技術將成為現代農業科技發展和綠色農牧業品牌建設的重要領域之一。特別是食品輻照加工技術,是繼食品罐藏加熱、冷凍保藏技術之后又一食品加工、保鮮的新技術。

  田春雨繼續對記者進行和平利用“核”的科普:輻射加工,就是通過電離輻射,射線穿過被輻照的物質,發生物理、化學或生物效應,起到保鮮、消毒滅菌或者材料改性的一種加工方法。

  輻射加工有很多優點,在常溫下加工,應用范圍廣;射線可穿透產品,不會破壞外包裝,造成二次污染;不添加任何化學藥物,無污染、無殘留;自動化高效加工,消毒滅菌徹底……

  早在1984年,我國就開始了核農業技術應用,輻照馬鈴薯、洋蔥、大蒜和肉制品等。目前全國已有28個省、市、自治區對數百種食品進行了輻照保鮮、殺蟲滅菌、改善品質方面的研究,全國年輻照食品總量超10萬噸,居世界第一。

  內蒙古是馬鈴薯(也稱土豆)種植大區,但當地儲存地窖條件簡陋,每年春季升溫后,會有大量土豆發芽,甚至腐爛,而此時正是反季土豆的市場空缺期,導致農民經濟損失。

  輻照技術可以很好地解決這一問題。田春雨說:“通過輻射,土豆就不會發芽,而且不會降低原有品質,并有效延長保鮮期。”對于人們擔心的輻照食品是否有核輻射問題,記者了解到,就像用巴氏殺菌法消毒食物一樣,輻照并不會引起衛生健康等問題。其實航天員吃的航天食品,就是輻照食品,很安全。

  不僅如此,核輻照技術還能進行育種,由于遺傳性變異,可以產生出抗倒伏、抗病蟲害的新種子。更有意思的是,核輻射還被用于昆蟲不育技術中,科研人員利用鈷-60,銫-137放出的γ射線或加速器產生的電子束,對害蟲的蟲蛹或成蟲進行一定劑量的照射,使其雄蟲失去生殖機能,從而防治害蟲。

  田春雨說,民用核技術被稱為“核工業的輕工業”,國際上核技術應用產業正處于快速發展階段,全世界核技術產業化規模近萬億美元,我國核技術應用產業規模約1000億元。

  他表示,現代生活中很多地方都離不開輻射,像消毒、保鮮、治療疾病等,只要注意防護輻射,是完全可以保持安全狀態的。我們要科學認識生活的“核”,利用“核”造福于人民。

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