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支持防核扩散:加纳研究堆实现从高浓铀向低浓铀燃料的转换

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Experts placing the used HEU core of Ghana’s Miniature Neutron Source Reactor into an interim transfer cask, August 2016. (S. Tozser/IAEA)

通过国际原子能机构支持的一个帮助减少与高浓铀燃料有关的扩散风险的国际项目,加纳成功地完成了其惟一的研究堆从使用高浓铀燃料到使用低浓铀燃料的转换。

高浓铀是一种可用于制造供恶意使用的核装置的成分,自1978年以来,一直在进行将研究堆和试验堆从使用高浓铀转换为低浓铀燃料的各种国家和国际活动,以最大限度地减少并最终消除高浓铀民用。

高浓铀燃料已被返还中国。

这项由加纳原子能委员会、中国国家原子能机构、美国能源部国家核安全管理局和国际原子能机构共同承担的为期三年的项目于上周完成。在运行中国供应的微型中子源反应堆(微堆)的五个国家中,加纳成为第一个成功转换其辐照过的高浓铀堆芯并将其返还中国的国家。

“通过这次开创性的合作,加纳证明了中国境外微堆转换的可行性。”加纳原子能委员会项目经理 Kwame I. J. Aboh 说。“我们希望我们的转换和返还模式可以应用于运行这类设施的其他国家的类似作业。”

从高浓铀转换为低浓铀,需要将铀的丰度从90%以上降低到 20%以下,同时不影响反应堆的研究能力。因此,加纳原子能委员会在转换后仍然能够保持基于核设施的科研、教育、培训和工业应用。

“确保低浓铀堆芯微堆运行的可持续性是该项目成功的关键因素。”国际原子能机构核燃料循环和废物技术处处长克里斯托弗·格谢里说。“这一经验为国际合作树立了一个很好的榜样,可以促进核科学和实际培训,同时解决防扩散关切和开展能力建设。”

为确保未来转换项目知识转移的成功,在加纳1号研究堆设施建造了一个微堆模拟装置,用于操作人员培训。此后,该装置进一步发展成为一个全尺寸微堆堆芯移除培训中心,用于对其他微堆国家的操作人员进行培训。“国家核安全管理局为堆芯移除培训中心概念提供了有力支持。”国家核安全管理局国防核不扩散代理副局长 Dave Huizenga 说。“这有助于充分利用加纳试验项目的经验,为未来面临类似挑战的微堆操作人员提供全尺寸培训机会。”

2017年夏季举行了两次会议,以汲取该项目实施中的经验教训 — 这可能有利于其他寻求转换为低浓铀燃料的反应堆。中国国家原子能机构副司长申立新表示:“这些会议的成果将优化加纳模式,并支持今后的类似作业。”

中国设计的微堆

微堆型研究反应堆是由中国原子能科学研究院设计和制造的,原设计堆芯紧凑、功率为30千瓦(热),含有约1千克90%高浓铀。

中国设计的微堆有九座:中国国内有四座 — 其中一座已转换为使用低浓铀燃料;加纳、伊朗、尼日利亚、巴基斯坦和叙利亚各有一座。它们主要用于教育和培训目的。

根据中国政府的承诺,中国国家原子能机构首先承担了中国原型微堆的转换责任,然后与加纳原子能委员会合作完成加纳1号研究堆的转换并收回高浓铀。

国际原子能机构的援助

原子能机构2006年开始与微堆界合作,通过开展协调研究项目确定将微堆转换为使用低浓铀燃料的技术可行性。

2014年,应加纳关于协助加纳1号研究堆设施获得低浓铀堆芯的请求,原子能机构研究堆科为这种转换和移除提供了支持,以安全为重点对加纳1号研究堆进行了评审工作组访问,为监管人员提供了屏蔽容器许可证审批方面的培训,并举办了运输安保讲习班。

尼日利亚和叙利亚也请求原子能机构协助进行转换和高浓铀堆芯移除。尼日利亚项目计划于2018年完成。

高浓铀燃料一到北京,国际原子能机构副总干事兼管理司司长玛丽·艾丽斯·海沃德女士就代表国际原子能机构参加了当天中国主管部门组织的高浓铀返还活动。她表示:“国际原子能机构很乐意支持我们的成员国进行加纳微堆的转换并将其高浓铀燃料返还中国。这个项目是尽量减少在民用设施中使用高浓铀同时确保持续获得核研究和培训能力的广泛努力的一个重要里程碑。”

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