第二看台

8月29日凌晨五点，河北石家庄正定国际机场。载有我国首座海外商用微堆高浓铀燃料的专机缓缓降落，卸载燃料容器、装车、押运，最终高浓铀燃料顺利运抵中核集团中国原子能科学研究院（以下简称原子能院）。

至此，中核集团加纳微堆低浓化改造项目完美收官。22年前离开原子能院前往加纳的高浓铀燃料完成它的历史使命，终于“回家”了。

为什么要进行微堆低浓化改造？如何实现低浓化改造？改造的难点在哪？微堆和我们的生活有没有关系？记者就这些问题采访了相关人士。

从堆芯设计开始的低浓化攻关

微堆是微型中子源反应堆的简称。

上世纪70年代末80年代初，原子能院开始对微堆进行研究。1984年3月，原子能院自主开发设计建造的我国第一座微堆顺利建成并投入满功率运行。1985年，原子能院开始进行商用微堆的定型设计。

“过去，我们微堆使用武器级的高浓铀作为燃料。燃料棒一旦流失，就可能造成核材料扩散的威胁。”原子能院微型反应堆研究室主任李义国说，由于所用燃料的特殊性，微堆在推广中一直受到限制。

受国际大环境等多因素影响，国际原子能机构（IAEA）多次提出，希望微堆燃料实施低浓铀转化，并建议首先在原子能院微堆上进行高浓铀的低浓化转换实验。

原子能院微堆的每一根燃料元件的直径仅有5毫米，每两根元件间隙只有5.48毫米，这些燃料元件被放置在实验用的“鸟笼架”内。“鸟笼架”是直径240毫米、高270毫米的狭小空间，也就是该堆的堆芯。

微堆低浓化是在不改变堆芯尺寸的情况下，将高浓铀组件换成低浓铀组件，并满足微堆应用。改造后的微堆可以满足原微堆的所有功能，同时固有安全性能更好，燃料使用寿命更长。但微堆低浓化改造涉及堆芯物理设计、结构设计、燃料组件设计制造、装卸料、乏燃料管理、反应堆实验调试等诸多环节。

“堆芯设计是最难的。”李义国说，“由于低浓铀堆芯的燃料芯体和包壳材料与之前的不同，其热工、物理性能等也均有较大不同，须重新进行物理、热工和结构设计，且只能在原有小尺寸的堆芯空间内作出合理调整，从而使设计难度大大增加。”

经过5年攻关，2016年3月，原子能院微堆燃料棒铀235富集度从90%降至12.5%，实现了从高浓铀向低浓铀的完美蜕变。

而这，只是加纳微堆低浓化工作的开始。

国际合作的加纳模式

因为固有安全性极高，结构简单、使用方便、对环境几乎不产生影响，微堆是目前我国出口最多的堆型。

加纳微堆是由原子能院于1995年设计建造的一座高浓铀微堆。2014年，在IAEA协调下，由加纳、中国和美国共同参与，开始实施微堆低浓化工作。其中我国主要负责燃料和技术工作。

李义国告诉记者，加纳微堆低浓化项目最关键的两大问题，一是高浓铀转化为低浓铀的核心技术；二是燃料的运输，包括低浓铀燃料由我国运往加纳，高浓铀燃料由加纳运回我国。

只有高压锅大小的低浓铀燃料，燃料容器却重达一百五十多公斤，与之相配套的工具多达200多种，每一样都要仔细核对、报关、清点出关，全部报关文件摞起来有四五本汉语辞典的厚度，工作细致繁复可想而知。

国家原子能机构副主任王毅韧说，作为国外首个开展低浓化改造的微堆，加纳微堆低浓化项目没有先例可循，协调难度很大，监管要求严，安全标准高，技术环节多。

“这种多方协作的模式，我认为是加纳模式的核心之一。”原子能院副院长刘森林说。

小小微堆大威力

在业内，微堆也被称“傻瓜堆”，因为它类似一个实验仪器，操作简单，但用途不少。

2008年，微堆展示大威力，它与央视、清西陵及北京市法医检验鉴定中心等共同揭开了困扰史学界的百年谜案——清光绪帝之死因。

该专题研究由光绪帝遗物发辫入手，历时五年，利用微堆中子活化分析技术测试了发辫中砷的含量，并结合其他技术手段，经科学研究分析测算表明光绪的头发截段和衣物上含有剧毒砒霜，而其腐败尸体仅沾染在部分衣物和头发上的砒霜总量就已高达约201毫克。

在大中城市人口稠密的大学和研究机构内，不乏微堆身影。深圳微堆建成后，利用中子活化法填补了深圳微量元素质检方面的某些空白。当时，随着珠三角现代工农业的迅猛发展，大量人工合成有机化合物被引入到自然环境中，包括一系列有机卤素污染物，这些卤素污染物有致癌、致畸、致突变的风险。借助微堆，深圳较早就对本市的大气和土壤环境进行检测，实时掌握深圳大气和土壤中的污染程度，并及时采取措施。（记者陈瑜）