什么是中國(guó)先進(jìn)研究堆

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而核能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開(kāi)始大力發(fā)展核能發(fā)電。中國(guó)先進(jìn)研究堆(CARR)是我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造一座高功率、高性能、多用途研究堆，工程于2017年正式通過(guò)竣工驗(yàn)收，核功率60MW，重水反射層最大未擾熱中子注量率8×10^14n/(cm^2 ·s)，建有25個(gè)垂直孔道和9個(gè)水平孔道，既能引出高品質(zhì)的中子束流，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)至關(guān)重要的能源、材料、信息、生命等學(xué)科發(fā)展中發(fā)揮重要作用的中子散射實(shí)驗(yàn)技術(shù)的要求，同時(shí)有適度的功率水平和足夠的輻照空間。

同時(shí)建設(shè)有配套熱室一座，可用于研究堆乏燃料組件檢測(cè)和核電站乏燃料棒全尺寸檢驗(yàn)。2017年10月，冷中子源完成安裝調(diào)試，成功出束。堆內(nèi)高溫高壓回路已完成設(shè)計(jì)工作，計(jì)劃2020年建成運(yùn)行，作為國(guó)內(nèi)中轉(zhuǎn)應(yīng)用多學(xué)科交叉的綜合性大型平臺(tái)，主要應(yīng)用領(lǐng)域有：中子散射實(shí)驗(yàn)研究、核燃料元件考驗(yàn)、材料輻照試驗(yàn)、中子活化分析、中子照相、單晶硅中子嬗變參雜和放射性核素輻照生產(chǎn)等。

目前在中國(guó)先進(jìn)研究堆上開(kāi)展的科研輻照和生產(chǎn)應(yīng)用項(xiàng)目，已成為探索先進(jìn)材料性能和前沿基礎(chǔ)科學(xué)的重要手段，其應(yīng)用水平和技術(shù)成果已經(jīng)成為我國(guó)基礎(chǔ)科技實(shí)力的重要代表。多年來(lái)在中國(guó)先進(jìn)研究堆上開(kāi)展的科研應(yīng)用涉及前沿科學(xué)、核與能源、交叉學(xué)科、器件研發(fā)等多個(gè)方向，如今主要承擔(dān)著重要航天材料、先進(jìn)反應(yīng)堆燃料與材料的堆內(nèi)輻照任務(wù)，中子散射平臺(tái)承擔(dān)了包國(guó)家科技部(973和重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目)、國(guó)家自然科學(xué)基金委(國(guó)家重大儀器專(zhuān)項(xiàng)、面上和青年基金)、科工局項(xiàng)目(核能開(kāi)發(fā)、三廢退役專(zhuān)項(xiàng)科研)等重大項(xiàng)目，項(xiàng)目資助總額超過(guò)5億人民幣，后續(xù)平臺(tái)針對(duì)國(guó)家重大需求在先進(jìn)核能、航空、航天、清潔能源及材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑷鎸?duì)外開(kāi)放，同步開(kāi)展中子重大基礎(chǔ)和應(yīng)用平臺(tái)的能力提升工作，重點(diǎn)開(kāi)展依托中國(guó)先進(jìn)研究堆的北京ISOL重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2、已取得的階段應(yīng)性用成果截止2019年6月，已經(jīng)累計(jì)安全運(yùn)行116天。通過(guò)精心組織運(yùn)行維護(hù)和運(yùn)行磨煉，運(yùn)行團(tuán)隊(duì)摸索和掌握了這座高功率新建大型研究設(shè)施的主要運(yùn)行規(guī)律，積累了較為豐富的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)運(yùn)行團(tuán)隊(duì)的持續(xù)努力，安全實(shí)現(xiàn)了多批次高功率連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步驗(yàn)證了中國(guó)先進(jìn)研究堆作為大型綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可靠性和先進(jìn)性，開(kāi)創(chuàng)了平臺(tái)運(yùn)行應(yīng)用工作新局面。

中子散射技術(shù)是探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和原子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)有力的工具。中子具有磁矩、穿透性強(qiáng)、對(duì)輕元素及同位素靈敏，這使得中子散射技術(shù)成為研究物質(zhì)微觀世界、分析和改進(jìn)宏觀性能的重要研究工具。結(jié)合基礎(chǔ)科研與前沿研究需求，在能源材料、材料科學(xué)、物理、化學(xué)、化工等領(lǐng)域開(kāi)展應(yīng)用及探索性研究，均取得了階段性成果。中國(guó)原子能科學(xué)研究院與中國(guó)科學(xué)院大學(xué)及北京大學(xué)合作，設(shè)計(jì)多種方案來(lái)調(diào)控材料微結(jié)構(gòu)，該研究不僅為設(shè)計(jì)新型層狀金屬氧化物正極材料提供新思路，也為鈉離子電池研究開(kāi)辟了新途徑;我院在核安全與輻射防護(hù)關(guān)鍵部件及材料的無(wú)損檢測(cè)方面開(kāi)展的工作，為我國(guó)先進(jìn)軍用材料研發(fā)、關(guān)鍵生產(chǎn)工藝改良以及核心器件服役安全評(píng)估提供了支撐;

2019年利用中子間接成像方法，對(duì)國(guó)內(nèi)某商用核電站的乏燃料棒樣品開(kāi)展了中子成像實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了在中國(guó)先進(jìn)研究堆中子照相裝置上進(jìn)行乏燃料棒內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察的可行性;通過(guò)中國(guó)先進(jìn)研究堆中子織構(gòu)譜儀開(kāi)展了反應(yīng)堆包殼材料N36鋯合金樣品的織構(gòu)測(cè)量，研究結(jié)果對(duì)于改進(jìn)熱擠壓工藝、提高性能意義重大;利用中子照相裝置，分別在核燃料元件、飛機(jī)渦輪葉片、燃料電池、鋰離子電池、帶裂縫混凝土試件的水分滲透試驗(yàn)、砂巖自發(fā)滲析現(xiàn)象研究、考古和生物等領(lǐng)域開(kāi)展了研究，順利完成了大量先進(jìn)材料測(cè)試服務(wù);在超高強(qiáng)鋁合金、鑄造鋁合金、3D打印鋁合金板等材料的織構(gòu)測(cè)試等領(lǐng)域與多家研究院所合作，為新材料的研制提供了技術(shù)支撐。中國(guó)先進(jìn)研究堆中子技術(shù)平臺(tái)取得的階段應(yīng)用成果，證明其在滿足國(guó)家重大需求、解決核能發(fā)展課題和開(kāi)展基礎(chǔ)前沿研究等方面發(fā)揮著重要的作用。

展望未來(lái)，基于中國(guó)先進(jìn)研究堆，北京在線分離豐中子束流裝置(簡(jiǎn)稱BISOL、北京ISOL)是由中國(guó)原子能科學(xué)研究院和北京大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的一臺(tái)大科學(xué)裝置。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括反應(yīng)堆與加速器驅(qū)動(dòng)放射性核束離子源、強(qiáng)流氘離子加速器、高功率靶站與核能材料輻照裝置、放射性核束后加速器、放射性核束實(shí)驗(yàn)站、建筑工程與公用設(shè)施等。裝置建成后可產(chǎn)生比國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有裝置強(qiáng)度高1-2個(gè)量級(jí)的極端豐中子束流，將開(kāi)展學(xué)科基礎(chǔ)前沿放射性核束物理的創(chuàng)新研究，同時(shí)滿足先進(jìn)核能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和多種核技術(shù)應(yīng)用的需求。

3、中國(guó)先進(jìn)研究堆運(yùn)行費(fèi)已獲國(guó)家補(bǔ)助，燃料儲(chǔ)備充足中國(guó)先進(jìn)研究堆運(yùn)行費(fèi)和燃料儲(chǔ)備是其運(yùn)行的重要保障。目前，中國(guó)先進(jìn)研究堆已成為國(guó)家財(cái)政補(bǔ)助入庫(kù)設(shè)施，運(yùn)行經(jīng)費(fèi)獲得基本補(bǔ)助，燃料儲(chǔ)備充足。2017年底中國(guó)先進(jìn)研究堆正式通過(guò)工程竣工驗(yàn)收，為確保中國(guó)先進(jìn)研究堆穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)施日常檢測(cè)維護(hù)、備品備件采購(gòu)、中小修理、水電汽廢等物資消耗需要硬性支出，確保穩(wěn)定經(jīng)費(fèi)支持渠道意義重大，目前中國(guó)先進(jìn)研究堆運(yùn)行費(fèi)已獲得國(guó)家補(bǔ)助支持，具備基本運(yùn)行條件，后續(xù)中國(guó)先進(jìn)研究堆將根據(jù)輻照應(yīng)用需求和運(yùn)行時(shí)間的提升拓展運(yùn)行經(jīng)費(fèi)支持渠道。

燃料作為中國(guó)先進(jìn)研究堆核心部件，已實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，采用的高鈾密度、高熱流密度、高流速的板狀元件屬于國(guó)內(nèi)首次創(chuàng)新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)近10年的調(diào)試驗(yàn)證，燃料性能優(yōu)異、安全可靠，滿載一爐燃料可實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行50天，中國(guó)先進(jìn)研究堆工程竣工驗(yàn)收后，經(jīng)與國(guó)家財(cái)政部和科工局支持，2018年獲得首批三年(2019年～2021)6爐燃料經(jīng)費(fèi)支持，目前已簽訂了燃料采購(gòu)合同，2019年底實(shí)現(xiàn)部分燃料入堆，總體上燃料儲(chǔ)備充足，未來(lái)能夠保障年均滿功率100天(高功率運(yùn)行200天)的運(yùn)行時(shí)間。

4、中國(guó)先進(jìn)研究堆應(yīng)用研究中心成立中國(guó)原子能科學(xué)研究院為加強(qiáng)中國(guó)先進(jìn)研究堆對(duì)外服務(wù)與合作，于2013年成立了中國(guó)先進(jìn)研究堆應(yīng)用研究中心，中心實(shí)行開(kāi)放、流動(dòng)、聯(lián)合的運(yùn)行機(jī)制。中心主要職責(zé)是：充分發(fā)揮中國(guó)先進(jìn)研究堆的功能和應(yīng)用潛能，充分實(shí)現(xiàn)應(yīng)用開(kāi)放和資源共享;統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用;組織中心設(shè)施和設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)發(fā)策劃，制定運(yùn)行和應(yīng)用計(jì)劃;負(fù)責(zé)應(yīng)用成果統(tǒng)計(jì)，對(duì)外宣傳、對(duì)外交流與合作;協(xié)調(diào)解決中國(guó)先進(jìn)研究堆應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。中心主任：柳衛(wèi)平，中心下設(shè)綜合管理部(掛靠院科研生產(chǎn)處)、設(shè)施運(yùn)行部(依托反應(yīng)堆工程技術(shù)研究部)和應(yīng)用研究部(依托核物理應(yīng)用研究所)，中心將在專(zhuān)家委員會(huì)和用戶委員會(huì)的指導(dǎo)下加強(qiáng)協(xié)作，拓展應(yīng)用。

中國(guó)先進(jìn)研究堆應(yīng)用研究中心將始終不忘服務(wù)初心，做好研究堆運(yùn)行、用戶服務(wù)、學(xué)術(shù)交流、資源保障工作，努力確保中國(guó)先進(jìn)研究堆實(shí)現(xiàn)高效安全運(yùn)行，產(chǎn)生出更多更好的交叉學(xué)科應(yīng)用成果。目前核能還未能更好被人類(lèi)利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟?lèi)的能源夠人類(lèi)發(fā)展所需。