印度核能開發(fā)現(xiàn)狀

來源：絲路印象 2024-07-19 17:33:24 瀏覽：1504 收藏

霍米?巴巴提出的“三階段核能計劃”已執(zhí)行近60年，印度宣布將繼續(xù)執(zhí)行該戰(zhàn)略。近60年來，即使在缺乏國外技術(shù)或工業(yè)援助的情況下，印度在“核科學(xué)與核技術(shù)的幾乎所有方面”②都取得了重要進(jìn)展。這種進(jìn)展不但體現(xiàn)在核能反應(yīng)堆的科學(xué)與工程，以及工業(yè)制造的相關(guān)領(lǐng)域，而且還涵蓋采礦、重水生產(chǎn)、燃料制造、燃料后處理與核廢料管理等方面。美國核科學(xué)家塞格福雷德??？藢τ《鹊暮四馨l(fā)展給予了高度評價，認(rèn)為“印度已擁有在技術(shù)上最具抱負(fù)和創(chuàng)新的核能計劃”，“印度核實驗設(shè)施發(fā)展的程度與功能只有同領(lǐng)域的俄羅斯才能與其媲美，甚至遙遙領(lǐng)先于同領(lǐng)域發(fā)展遲緩的美國”。印度的在運(yùn)核電站與在建核電站，在數(shù)量、規(guī)模和技術(shù)水平方面，居世界核能發(fā)展的前列。

顯然，霍米?巴巴提出的“三階段核能計劃”，主要基于對“燃料”與“技術(shù)”兩大因素的考慮。從燃料角度來看，印度是一個“貧鈾富釷”的國家，印度的核能要獲得可持續(xù)性發(fā)展，必須要獲得充足的燃料供給。在鈾儲存貧乏和鈾進(jìn)口供給有限的背景下，印度必須發(fā)展基于釷燃料的核電系統(tǒng)。從技術(shù)角度來看，印度遵循“由易到難”的原則。第一階段通過引進(jìn)、吸收和創(chuàng)新，重水技術(shù)已較為成熟，已大規(guī)模運(yùn)用于商業(yè)發(fā)電領(lǐng)域。第二階段的快中子增殖反應(yīng)堆主要承擔(dān)燃料技術(shù)開發(fā)試驗平臺的功能，發(fā)電量有限，實際上是技術(shù)示范階段。第三階段是最復(fù)雜也是最為關(guān)鍵的技術(shù)發(fā)展階段，即著力推進(jìn)釷燃料循環(huán)技術(shù)發(fā)展，從而確保印度自給自足核能的可持續(xù)性發(fā)展。由此可見，印度的三階段核能發(fā)展計劃，主要是一種基于燃料考量的技術(shù)發(fā)展路徑，并非線性的先后邏輯關(guān)系。在后來的發(fā)展中，更呈現(xiàn)出齊頭并進(jìn)和縱橫交錯的發(fā)展態(tài)勢。為此，絲路印象主要從技術(shù)發(fā)展路徑的角度，梳理印度三階段核能發(fā)展取得的重要進(jìn)展。

(一)印度第一階段的核能開發(fā)

雖然在核能開發(fā)啟動之初，印度就特別強(qiáng)調(diào)自力更生和技術(shù)發(fā)展的自主性，但事實上印度最初的核能發(fā)展恰好是在外國技術(shù)援助之下發(fā)展起來的。印度最初的核能開發(fā)，主要由巴巴原子能研究中心承擔(dān)，集中攻關(guān)研究反應(yīng)堆的建設(shè)和開發(fā)。

1954年，霍米?巴巴邀請劍橋大學(xué)的同窗約翰?考克饒夫爵士幫助印度建設(shè)一個低容量的研究反應(yīng)堆。數(shù)月后，考克饒夫爵士提供了詳細(xì)的工程圖樣、技術(shù)數(shù)據(jù)，并為“游泳池式反應(yīng)堆”提供濃縮鈾燃料棒。這是由巴巴原子能研究中心承建的第一個反應(yīng)堆，即僅有1兆瓦(MW)的“阿帕莎拉研究堆”(APSARA)。該反應(yīng)堆于1956年開始運(yùn)行，是亞洲第一個研究反應(yīng)堆，也是蘇聯(lián)之外亞洲當(dāng)時唯一的反應(yīng)堆，更是印度聲稱自主研發(fā)的反應(yīng)堆。

印度第二座研究反應(yīng)堆是錫魯斯(Cirus)反應(yīng)堆，采用了加拿大重水型國家實驗性反應(yīng)堆的設(shè)計，稱為“加拿大—印度反應(yīng)堆”。由于美國提供了重水援助，后來就發(fā)展為著名的“加—印反應(yīng)堆，美國”。這是一個擁有40兆瓦(MW)的重水慢化、輕水冷卻、使用天然鈾作為燃料的研究反應(yīng)堆。美加兩國還在人才方面對印度提供援助。

圖表印度在運(yùn)核電站一覽表

在1955-1974年間，104名印度科學(xué)工作者被分配到美國不同的核設(shè)施工作。在1971年前，有263名印度科學(xué)工作者在加拿大的核基地接受了培訓(xùn)。雖然錫魯斯反應(yīng)堆早于《核不擴(kuò)散條約》(NPT)及其安全保障的規(guī)定，但印度在同加拿大和美國簽署供應(yīng)合同時，承諾該反應(yīng)堆“僅用于和平”，但在美國的技術(shù)援助下，錫魯斯反應(yīng)堆卻從乏燃料棒中提取了印度最初用于核武器制造的钚，并將其用于1974年的首次核試驗。錫魯斯反應(yīng)堆在1997年被關(guān)閉維修，計劃2002年重新運(yùn)行，后又推遲到2005年運(yùn)行。在美印達(dá)成民用核能協(xié)議后，印度根據(jù)協(xié)議規(guī)定于2010年12月31日正式關(guān)閉該反應(yīng)堆。

然而，要實現(xiàn)反應(yīng)堆的發(fā)電并非易事。印度決定在輕水和重水兩條線上來進(jìn)行試驗。印度原子能委員會打算從英國原子能委員會(UKAEA)購買印度的首座發(fā)電反應(yīng)堆，英國原子能委員會也承諾向印出售一座以天然鈾作為燃料的石墨氣冷反應(yīng)堆，但英國要價太高，反被美國通用公司奪標(biāo)。最終，通用公司以交鑰匙形式向印度提供了兩座200兆瓦的“沸水反應(yīng)堆”，即塔拉普-1(Tarapur1)和塔拉普-2(Tarapur2)，并在運(yùn)行初期提供了濃縮鈾。兩座輕水反應(yīng)堆在1969年開始商業(yè)運(yùn)行，但周期性技術(shù)事故不斷。后來，隨著工業(yè)技術(shù)水平的提升，印度工程師又開發(fā)出了塔拉普-3(Tarapur3)和塔拉普-4(Tarapur4)，并分別于2005年9月和2006年8月投入運(yùn)行。

1961年，印度建立了第一座后處理廠，成為世界上第五個擁有核燃料回收設(shè)施的國家。1956—1966年，印度還進(jìn)行了諸如“鈾萃取和提煉”、核燃料制造等技術(shù)攻關(guān)活動。盡管如此，這仍然無法改變印度總體工業(yè)技術(shù)薄弱，濃縮技術(shù)滯后的現(xiàn)狀。如果開發(fā)基于天然鈾作為燃料的重水反應(yīng)堆，不但可以回避濃縮技術(shù)落后的短處，而且較之輕水反應(yīng)堆能提取更多的钚，這對鈾礦資源貧乏的印度來說無疑是首選。為此，霍米?巴巴與加拿大原子能公司和蒙特利爾工程公司(MECO)達(dá)成一項建設(shè)200兆瓦重水反應(yīng)堆的協(xié)議。該反應(yīng)堆以加拿大“道格拉斯角反應(yīng)堆”作為參照體，名為瓦巴塔-1(Rawatbhata1)反應(yīng)堆，是印度第一座重水反應(yīng)堆。但該反應(yīng)堆一直問題不斷，不久裝機(jī)容量就退化到了90兆瓦。印度核電有限公司(NPCIL)復(fù)制的瓦巴塔-2(Rawatbhata2)也遇到了嚴(yán)重的技術(shù)困難，實際上這兩個重水反應(yīng)堆直到1972年才實現(xiàn)運(yùn)行。

圖表印度在建核電站一覽表

在此基礎(chǔ)上，印度將開發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了加壓重水反應(yīng)堆。印度工程師開發(fā)了九個202兆瓦的加壓重水反應(yīng)堆，并在1984—2007年間投入運(yùn)行，不但裝機(jī)容量穩(wěn)步提升，而且其安全運(yùn)行記錄可與世界上運(yùn)行最好的反應(yīng)堆相媲美。事實上，從2005年開始，印度反應(yīng)堆運(yùn)行的最大挑戰(zhàn)，已從技術(shù)挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)向了燃料供給。一些核電站之所以不能正常運(yùn)行，主要緣于燃料短缺，這也是美印兩國達(dá)成民用核協(xié)議的重要動因之一。

(二)印度第二階段的核能開發(fā)

雖然西方發(fā)達(dá)國家對部署快中子增殖反應(yīng)堆的緊迫性下降了，但對印度和俄羅斯這些鈾短缺的國家來說，仍然比較重視開發(fā)快中子增殖反應(yīng)堆。特別對印度這樣一個釷儲量豐富而鈾資源貧乏的國家來說，在缺乏钚再循環(huán)生產(chǎn)能力的情況下，現(xiàn)有的鈾儲量根本無法滿足核電發(fā)展的需求?？熘凶釉鲋撤磻?yīng)堆卻可以使鈾燃料中钚的提取能力至少提高65倍，是一種能讓印度豐富釷資源得到大規(guī)模運(yùn)用的一種可靠技術(shù)，能讓核發(fā)電能力得到成倍增長，屆時能滿足印度2050年預(yù)計能源需求的1/4。

印度原子能部雖然在其創(chuàng)立之初就討論過增值反應(yīng)堆問題，但對增值反應(yīng)堆的概念研究卻開始于20世紀(jì)60年代早期。1965年，巴巴原子能研究中心開發(fā)了一個快中子反應(yīng)堆部件，并開展了一個10兆瓦實驗增值反應(yīng)堆的設(shè)計工作。1969年，印度原子能部與法國原子能委員會(CEA)達(dá)成一項合作協(xié)議，獲取了法國狂想曲實驗堆和鳳凰反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計圖樣，從而開發(fā)出印度第一個快中子增值試驗反應(yīng)堆。1971年9月，印度原子能部批準(zhǔn)了快中子增值試驗反應(yīng)堆的開發(fā)預(yù)算，并預(yù)測將在1976年服役。

作為印度原子能部和法國原子能委員會合作協(xié)議的組成部分，有30多名印度工程師和科學(xué)人員在法國接受了培訓(xùn)，這些科研人員回國后在1971年組建了中子反應(yīng)堆研究中心。1985年，該中心更名為“印度甘地原子能研究中心”。同年，該中心開發(fā)出一個40兆瓦的快中子增值試驗反應(yīng)堆。在此基礎(chǔ)上，印度原子能部制定了開發(fā)更大型“原型快增殖反應(yīng)堆”的計劃。1990年，據(jù)報道，印度政府已“同意該反應(yīng)堆的初步設(shè)計，并批準(zhǔn)建設(shè)”，并打算于2000年投入使用。該反應(yīng)堆在2004年10月才開始建設(shè)，計劃在2010年投入使用。后來，通過改進(jìn)設(shè)計，印度開發(fā)出具有商業(yè)價值的500兆瓦原型快增殖反應(yīng)堆。印度計劃于2013年初將國內(nèi)首座原型快增殖反應(yīng)堆投入運(yùn)行。

綜合而言，印度快堆技術(shù)發(fā)展的特色之一，在于快堆技術(shù)的發(fā)展并不局限于其自身，而是對快堆技術(shù)及整個循環(huán)體系的所有環(huán)節(jié)都開展深入研究，促使快堆技術(shù)及相關(guān)的燃料裝備、后處理及燃料再循環(huán)、廢物處理、核安全等技術(shù)都得到了協(xié)調(diào)發(fā)展，從而實現(xiàn)快堆及其燃料循環(huán)體系的整體發(fā)展。

(三)印度第三階段的核能開發(fā)

印度第三階段核能計劃發(fā)展的關(guān)鍵是對豐富釷儲量的運(yùn)用。長期以來，由于沒有掌握直接的釷運(yùn)用技術(shù)，印度第三階段核能發(fā)展計劃停滯不前。在反思第三階段核能發(fā)展得失的基礎(chǔ)上，印度原子能部制定“修整第三階段印度核能計劃”，提出第三階段核能發(fā)展的具體目標(biāo):實現(xiàn)釷燃料在商業(yè)上的規(guī)?；\(yùn)用;實現(xiàn)國內(nèi)核電站的大規(guī)模建設(shè);在多類型能源發(fā)電選項中選取最佳經(jīng)濟(jì)效益者;通過對固有的和被動安全特征的最優(yōu)利用，獲得高水平的透明平安;最大化釷燃料循環(huán)的反擴(kuò)散潛力;要為非電力利用的適應(yīng)性做準(zhǔn)備，特別是海水淡化和高溫處理運(yùn)用，其中也包括非化石液體燃料的發(fā)電運(yùn)用。

為此，印度基于直接利用釷的反應(yīng)堆創(chuàng)新性設(shè)計，力求在“三階段計劃”上取得同步進(jìn)展:一是進(jìn)步型重水式反應(yīng)堆。進(jìn)步型重水式反應(yīng)堆的設(shè)計與開發(fā)，是為了獲得對釷儲存的大規(guī)模使用，并用于商業(yè)核電。進(jìn)步型重水式反應(yīng)堆通過燃燒U-233，同時在可持續(xù)“閉合”循環(huán)中將釷資源轉(zhuǎn)化為鈾。該反應(yīng)堆不但附加有能削減環(huán)境影響的燃料循環(huán)，而且也擁有可削減資源與運(yùn)行成本的許多特征。事實上，巴巴原子能研究中心自20世紀(jì)60年代末期就開始研究釷燃料的后處理，并于1970年9月分離出了首批U-233。通過努力，印度成功開發(fā)和部署以釷作為燃料的卡米尼(Kamini)微堆，據(jù)稱是世界上第一座用釷作核燃料的反應(yīng)堆，是印度利用釷礦發(fā)展核能的一個重要里程碑。該反應(yīng)堆在1996年獲得重大突破，并于次年實現(xiàn)了30兆瓦的滿功率運(yùn)行。這些研究進(jìn)展奠定了印度發(fā)展釷燃料循環(huán)的基礎(chǔ)，標(biāo)志著印度已進(jìn)入其核能計劃的第三階段。

二是加速器驅(qū)動系統(tǒng)。加速器驅(qū)動系統(tǒng)是一種不但能提供自給自足電力生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)，也是一種有助于核廢料處置的方法。該系統(tǒng)能成倍削減裂變材料時間，能焚化長壽命錒系元素和裂變產(chǎn)物，從而導(dǎo)致削減長壽命放射性廢料的可能性，對釷的使用更是如此。加速器驅(qū)動系統(tǒng)在本質(zhì)上是一種使用裂變高能粒子的臨界系統(tǒng)，廢料生產(chǎn)量少是其突出優(yōu)點(diǎn)。

三是緊湊型高溫反應(yīng)堆。緊湊型高溫反應(yīng)堆是一種緊湊型的模塊化反應(yīng)堆，不但適合邊遠(yuǎn)地區(qū)電力的生產(chǎn)，而且也適合在化石原料轉(zhuǎn)化過程中生產(chǎn)過程熱，而且也適合在化石原料轉(zhuǎn)化過程中生產(chǎn)過程熱。結(jié)構(gòu)緊湊和模塊化的設(shè)計，使緊湊型高溫反應(yīng)堆特別適合向沒有連接國家電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)提供電力。緊湊型高溫反應(yīng)堆的高運(yùn)行溫度提供的過程熱，適合諸如氫、提純的低級碳、回收液體燃料的石油等可替代運(yùn)輸燃料的生產(chǎn)。

(四)核能協(xié)議(USIND)簽署:印度核能開發(fā)迎來新機(jī)遇

1974年核試驗后，印度被排除在國際防擴(kuò)散機(jī)制之外。由于印度不是《核不擴(kuò)散條約》與“核供應(yīng)國集團(tuán)”(NSG)的成員國，不允許從國際市場上進(jìn)口核燃料、反應(yīng)堆技術(shù)及設(shè)備。印度要實現(xiàn)雄心勃勃的核能發(fā)展計劃，就必須促使美國的政策轉(zhuǎn)變，并借此打破國際核制裁態(tài)勢。1998年核試驗后，美國對印實施嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)制裁，兩國關(guān)系一度跌入冰點(diǎn)。但隨著兩國新政府的組建和領(lǐng)導(dǎo)人的新老交替，為改善關(guān)系帶來了機(jī)遇。特別“9?11”事件后，迫使美國重新思考其南亞政策和印度的戰(zhàn)略地位。布什政府決意將印度塑造為亞洲的戰(zhàn)略伙伴，促使世界上最大的民主國家成為平衡中國崛起的軍事與政治杠桿。此外，印度也是一個不可小覷的龐大新興市場，核合作可確保美國公司在參與印度核能建設(shè)的國際競爭中保持優(yōu)勢地位。美國希望能從印度未來十年間高達(dá)1500億美元的核電站建設(shè)中能分一杯羹。

2004年1月，布什政府出臺《美印戰(zhàn)略關(guān)系的后續(xù)步驟》(NSSP)，強(qiáng)調(diào)在諸如民用太空項目和民用核活動方面對印度提供更多幫助和支持。2005年7月18日，美印發(fā)表建立“全球伙伴關(guān)系”宣言，宣布開展全面的民用核合作。2008年9月，45個核供應(yīng)國集團(tuán)成員國一致同意取消對印度的核制裁，允許印度從國際市場上獲取民用核技術(shù)與核燃料。同年10月，布什總統(tǒng)簽署《美國與印度核合作認(rèn)證與核不擴(kuò)散促進(jìn)法案》，該法案經(jīng)國會批準(zhǔn)正式生效。

在民用核協(xié)議中，印度為謀求核能發(fā)展利益，雖做出了一系列義務(wù)承諾，但謀得的核發(fā)展權(quán)利尤為突出。首先，印度成功獲得核分離(民用和軍用分開)發(fā)展權(quán)，美國承諾不干涉印度基于軍事目的的核計劃，這為核武發(fā)展創(chuàng)造了更為有利的條件，是印度重大的外交勝利;其次，美國督促核供應(yīng)國集團(tuán)成員國準(zhǔn)許印度從國際市場購買核燃料，這對解決印度的“鈾短缺”和確保能源安全具有重要意義;第三，美國承諾幫助印度建立應(yīng)對未來供給中斷危機(jī)的核燃料戰(zhàn)略儲備，這對確保印度核能開發(fā)的長期穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要;第四，美印兩國同意堅持雙向受益的核貿(mào)易原則，這為印度同第三國開展核反應(yīng)堆、涵蓋鈾濃縮和核燃料回收在內(nèi)的核燃料循環(huán)的技術(shù)合作開啟了方便之門，從而為印度的核能發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。