什么是中國先進(jìn)研究堆

隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而核能就是一個不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展核能發(fā)電。中國先進(jìn)研究堆(CARR)是我國自主設(shè)計建造一座高功率、高性能、多用途研究堆，工程于2017年正式通過竣工驗收，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個垂直孔道和9個水平孔道，既能引出高品質(zhì)的中子束流，滿足國民經(jīng)濟建設(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驗技術(shù)的要求，同時有適度的功率水平和足夠的輻照空間。

同時建設(shè)有配套熱室一座，可用于研究堆乏燃料組件檢測和核電站乏燃料棒全尺寸檢驗。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)計工作，計劃2020年建成運行，作為國內(nèi)中轉(zhuǎn)應(yīng)用多學(xué)科交叉的綜合性大型平臺，主要應(yīng)用領(lǐng)域有：中子散射實驗研究、核燃料元件考驗、材料輻照試驗、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。

目前在中國先進(jìn)研究堆上開展的科研輻照和生產(chǎn)應(yīng)用項目，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)成為我國基礎(chǔ)科技實力的重要代表。多年來在中國先進(jìn)研究堆上開展的科研應(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)，中子散射平臺承擔(dān)了包國家科技部(973和重點研發(fā)專項項目)、國家自然科學(xué)基金委(國家重大儀器專項、面上和青年基金)、科工局項目(核能開發(fā)、三廢退役專項科研)等重大項目，項目資助總額超過5億人民幣，后續(xù)平臺針對國家重大需求在先進(jìn)核能、航空、航天、清潔能源及材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑷鎸ν忾_放，同步開展中子重大基礎(chǔ)和應(yīng)用平臺的能力提升工作，重點開展依托中國先進(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)累計安全運行116天。通過精心組織運行維護(hù)和運行磨煉，運行團(tuán)隊摸索和掌握了這座高功率新建大型研究設(shè)施的主要運行規(guī)律，積累了較為豐富的運行維護(hù)經(jīng)驗，經(jīng)過運行團(tuán)隊的持續(xù)努力，安全實現(xiàn)了多批次高功率連續(xù)穩(wěn)定運行，進(jìn)一步驗證了中國先進(jìn)研究堆作為大型綜合實驗平臺的可靠性和先進(jìn)性，開創(chuàng)了平臺運行應(yīng)用工作新局面。

中子散射技術(shù)是探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和原子運動的強有力的工具。中子具有磁矩、穿透性強、對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)域開展應(yīng)用及探索性研究，均取得了階段性成果。中國原子能科學(xué)研究院與中國科學(xué)院大學(xué)及北京大學(xué)合作，設(shè)計多種方案來調(diào)控材料微結(jié)構(gòu)，該研究不僅為設(shè)計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)鍵部件及材料的無損檢測方面開展的工作，為我國先進(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估提供了支撐;

2019年利用中子間接成像方法，對國內(nèi)某商用核電站的乏燃料棒樣品開展了中子成像實驗，驗證了在中國先進(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;通過中國先進(jìn)研究堆中子織構(gòu)譜儀開展了反應(yīng)堆包殼材料N36鋯合金樣品的織構(gòu)測量，研究結(jié)果對于改進(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、砂巖自發(fā)滲析現(xiàn)象研究、考古和生物等領(lǐng)域開展了研究，順利完成了大量先進(jìn)材料測試服務(wù);在超高強鋁合金、鑄造鋁合金、3D打印鋁合金板等材料的織構(gòu)測試等領(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。中國先進(jìn)研究堆中子技術(shù)平臺取得的階段應(yīng)用成果，證明其在滿足國家重大需求、解決核能發(fā)展課題和開展基礎(chǔ)前沿研究等方面發(fā)揮著重要的作用。

展望未來，基于中國先進(jìn)研究堆，北京在線分離豐中子束流裝置(簡稱BISOL、北京ISOL)是由中國原子能科學(xué)研究院和北京大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的一臺大科學(xué)裝置。項目建設(shè)內(nèi)容包括反應(yīng)堆與加速器驅(qū)動放射性核束離子源、強流氘離子加速器、高功率靶站與核能材料輻照裝置、放射性核束后加速器、放射性核束實驗站、建筑工程與公用設(shè)施等。裝置建成后可產(chǎn)生比國內(nèi)外現(xiàn)有裝置強度高1-2個量級的極端豐中子束流，將開展學(xué)科基礎(chǔ)前沿放射性核束物理的創(chuàng)新研究，同時滿足先進(jìn)核能系統(tǒng)開發(fā)和多種核技術(shù)應(yīng)用的需求。

3、中國先進(jìn)研究堆運行費已獲國家補助，燃料儲備充足中國先進(jìn)研究堆運行費和燃料儲備是其運行的重要保障。目前，中國先進(jìn)研究堆已成為國家財政補助入庫設(shè)施，運行經(jīng)費獲得基本補助，燃料儲備充足。2017年底中國先進(jìn)研究堆正式通過工程竣工驗收，為確保中國先進(jìn)研究堆穩(wěn)定運行，設(shè)施日常檢測維護(hù)、備品備件采購、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)費支持渠道意義重大，目前中國先進(jìn)研究堆運行費已獲得國家補助支持，具備基本運行條件，后續(xù)中國先進(jìn)研究堆將根據(jù)輻照應(yīng)用需求和運行時間的提升拓展運行經(jīng)費支持渠道。

燃料作為中國先進(jìn)研究堆核心部件，已實現(xiàn)了自主研發(fā)設(shè)計、國內(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內(nèi)首次創(chuàng)新設(shè)計，經(jīng)過近10年的調(diào)試驗證，燃料性能優(yōu)異、安全可靠，滿載一爐燃料可實現(xiàn)滿功率運行50天，中國先進(jìn)研究堆工程竣工驗收后，經(jīng)與國家財政部和科工局支持，2018年獲得首批三年(2019年～2021)6爐燃料經(jīng)費支持，目前已簽訂了燃料采購合同，2019年底實現(xiàn)部分燃料入堆，總體上燃料儲備充足，未來能夠保障年均滿功率100天(高功率運行200天)的運行時間。

4、中國先進(jìn)研究堆應(yīng)用研究中心成立中國原子能科學(xué)研究院為加強中國先進(jìn)研究堆對外服務(wù)與合作，于2013年成立了中國先進(jìn)研究堆應(yīng)用研究中心，中心實行開放、流動、聯(lián)合的運行機制。中心主要職責(zé)是：充分發(fā)揮中國先進(jìn)研究堆的功能和應(yīng)用潛能，充分實現(xiàn)應(yīng)用開放和資源共享;統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)運行和實驗應(yīng)用;組織中心設(shè)施和設(shè)備的應(yīng)用開發(fā)策劃，制定運行和應(yīng)用計劃;負(fù)責(zé)應(yīng)用成果統(tǒng)計，對外宣傳、對外交流與合作;協(xié)調(diào)解決中國先進(jìn)研究堆應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題。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)，中心將在專家委員會和用戶委員會的指導(dǎo)下加強協(xié)作，拓展應(yīng)用。

中國先進(jìn)研究堆應(yīng)用研究中心將始終不忘服務(wù)初心，做好研究堆運行、用戶服務(wù)、學(xué)術(shù)交流、資源保障工作，努力確保中國先進(jìn)研究堆實現(xiàn)高效安全運行，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)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。