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英国核科研的演进之路

放大字体缩小字体 中国核电网| 发表于:2014-11-24 | 来源:中国核工业杂志

——专访英国核技术专家胡安·马修斯(Juan Matthews)

个人简历

胡安·马修斯于1962年加入英国原子能管理局,他曾在哈威尔先后担任核材料和核安全研究员和研究经理、理论冶金组的组长、快速反应堆综合和安全项目经理。从1989年到1991年,胡安·马修斯在英国原子能管理局总部担任总裁特别顾问。随着原子能管理局技术企业的成立,他成为反应堆服务业务材料和化学分部的主管,管理位于哈威尔、莱斯利和温弗里斯的实验室。从2007年到2014年,胡安兼任英国贸易投资总署的技术专家,协助跨国公司投资英国的能源行业。

胡安·马修斯教授现在是道尔顿核研究所和英国曼彻斯特大学的核能技术客座教授。他目前与英国曼彻斯特大学和核先进制造研究中心合作研究EPSRC(英国工程和物理科学研究委员会)新核能制造项目,并与国家核实验室合作核燃料卓越中心项目。

一直备受业界瞩目的中英核能合作,日前再次迎来利好消息。10月初,欧盟批准了有中方参建的英国欣克利角核电站项目,这对中国核能企业来说,无疑增添了深耕英国市场的底气和信心。

进入下半年以来,中英核能合作的节奏一直在稳步推进。从6月至今,仅就中核集团来说,已相继与国际核能服务公司、英国国家核实验室、阿美科公司、阿特金斯公司、福陆公司等英国各界潜在合作伙伴签署了一系列协议。同时,中核集团还成功在英国设立代表处,为达成实质性项目合作奠定基础。

有了合作的基础之后,业界正对英国核能发展脉络进行深入感知。记者日前专访了英国核技术专家胡安·马修斯教授,对英国的核科研发展历程、结构体系以及最新的科研动向进行了初步了解,希望通过英国专家的介绍,从科研视角拓展我们对英国核能市场的认知,为中英双方后期的合作开展带来启示。

历史浮沉

记者:您在英国的核能从业生涯至今已经有50多年了,可以说亲历了英国核能发展的全过程。您能否简要介绍一下英国核能早期发展的大体情况?

胡安·马修斯:在20世纪40~50年代,英国核能工业以非常快的速度发展起来了。从1946年开始,英国开始建立第一批核中心:英国第一个核能研究所在哈威尔( Harwell)设立了,第一个核武器研究所设在了奥尔德玛斯顿( Aldermaston),第一个核能工程研究中心设在了莱斯利(Risley),斯普林菲尔德( Springfields)则建立了燃料生产设施,卡彭赫斯特(Capenhurst )建立了铀浓缩工厂,温斯克尔( Windscale)建立了钚生产厂。

随着原子能的应用重心逐渐转向民用领域,英国政府决定成立一个独立的政府机构来处理所有与核电及同位素使用有关的事宜,于是在1954年成立了英国原子能机构(UKAEA)。UKAEA下设4个机构,军用机构在Aldermaston,核能研究机构在Harwell,管理工业和生产的机构分布在Risley、Capenhurst、Springfields和Windscale,管理化学放射研究中心的机构设在了Amersham。

UKAEA成立后,开发新反应堆的活动迅速扩大,一批新的核中心随之成立:Sellafield是由原来的Windscale拓展而来,它后来成为英国做研究和发电最核心的地点之一;1955年,在敦雷(Dounreay)成立了快速反应堆研究中心;1958年,在温弗里思 (Winfrith)成立了实验性反应堆开发中心;1960年,在卡尔汉姆(Culham)成立了热核聚变研究中心。

记者:英国电力市场后期经历了一系列的私有化重组,同期,英国的核科研机构又经历了怎样的调整?

胡安·马修斯:英国研究机构也是如此。1971年的时候我们又重新设立了英国原子能机构,分成三个方向:燃料循环由英国核燃料公司(BNFL) 管理;同位素研究由Amersham管理;其它的研究还是放在英国原子能机构下面。

1990年,撒切尔夫人决定要把燃料循环分成两块:一块为商用,一块是政府事务,还是由英国原子能机构管理。聚变研究所还是归UKAEA管,也就是政府所管辖。裂变的研究则归属到AEA Technology,当时我就在这家机构做事。后来,AEA Technology的一部分职能归属到国家核能实验室(NNL),剩下的职能有的分到了Amersham,有的分到一些公司的下属单位来管理。再后来,BNFL也开始了重组。

BNFL成立于1961年,是英国原子能管理局为生产活动而成立的国有公司,囊括了燃料循环的整个周期运行。在私有化重组后,它的职能也被分解。后处理、废料处理以及退役职能由英国核能退役管理局(NDA)管理,后处理的研究工作现在由NNL进行,燃料生产则是由西屋英国公司处理,燃料浓缩是由URENCO公司来管理。

在反应堆领域也是如此,比如,英国成立了APC、BNDC和 TNPG等财团负责改进型气冷反应堆(AGR)的设计和建造,英国工业重组时期,这些财团被并入到英国国家核子公司(NNC),NNC现在已成为英国阿美科集团(AMEC)的一部分。

记者:英国的核科研机构经历了如此大的变动调整,这对英国的核科研力量来说意味着什么?

胡安·马修斯:在1990年之前,英国的核工业一直实行公有制。随着发电及供电产业的私有化以及核项目融资的终止,到1995年几乎没有核能的公共融资项目,到20世纪90年代末,大量的核能研究和开发基础设施已被拆解(但核电为英国提供的电量仍然占全国电力总量的20%)。这样的调整也使得英国核能研究人员的数量剧减,由当初的8000余名,到2004年时只有1000余人了。

我要强调的是,你可能认为人数剧减的原因是核能专有人才都流失或者完全改行了,但事实并非如此。这些人其实还都在核能行业,只不过被分流到现在的国家核实验室、私营公司以及大学。随着新项目的开启,研究人员的数量在未来几年将大幅增长。

风云再起

记者:在经历了重大的调整之后,英国核科研的实力是否会被弱化?

胡安·马修斯:英国是欧盟的成员,欧盟在科研方面是有限制性政策的,比如政府对大公司研究经费的支持不能超过50%,对小公司的研究经费支持不得超过大概20万英镑。即使有这些限制性政策,我们发表的核方面的论文被同行引用的次数仍是全世界第三,仅次于日本和美国,这就说明同行非常认可我们的研究成果。

在应用研究领域,英国也有独到的地方。我们有一个有效的竞争机制。政府选择核能要研究的课题和领域,整个研究过程由顾问委员会进行指导,我们会去评比哪些新的技术做得好。而且政府有一个政策,就是新技术的研发必须组团联合进行,研究的成果由所有人共享,这样使得所有公司的水平都提高了。每年我们大概有50个项目,都是以组团联合研发的方式进行。

记者:在您看来,英国目前在哪些核技术领域还一直保持着领先优势?

胡安·马修斯:英国在核聚变领域的科研实力非常强,英国政府和欧盟每年投入约一亿英镑的经费来支持聚变技术研究。抛开这一科研领域,我认为英国在核燃料循环以及材料研究方面比较突出。如果你仔细看会发现,过去10到15年里面,英国对核能研究的大部分投资都集中在核设施退役和核废料处置方面。最近,英国还新成立了一个国家核能卓越中心,这个中心是曼彻斯特大学和国家核能实验室共同建立起来的,它主要研究的方向和领域就是燃料循环的整个周期。此外,英国在材料研究方面也保持着先进水准。比如,曼彻斯特大学有一个项目叫核生产制造项目,这个项目就是采用最新的、最顶尖的技术来进行研发,从而帮助英国企业能够走到核能行业的最前端,项目中涵盖很多对材料结构特性的研究。

记者:英国新一轮的核能发展部署,对核科研结构和科研方向进行了怎样的调整?有什么积极影响?

胡安·马修斯:英国政府决定重启核电站建设后,英国上议院特别委员会也发布了一份核研发报告,提出了很多科研层面的建议,内容包括燃料循环及未来反应堆设计、研发及革新支持等等,这些建议大多数为政府所接受,并在2012年2月成立了一个研发咨询委员会,主要负责人为首席科学家白丁顿爵士。从2012年4月开始,有一系列的研发成果陆续发布,并对英国核能研发路线图进行了详尽的阐释。我这里有几张图表,读者看了之后会对英国的核工业体系、科研结构体系、科研方向有一个全面了解。

谈到带来的积极影响,实际上从20世纪90年代起,整个世界范围内对核能研究的投入都是有所衰减的,但是英国率先开始重新意识到核能的重要性,并再次开始投资。核能领域的很多学科最先是在我们国家成立的,所以在继续投入之后,这些学科依旧能保持领先优势。

记者:英国核电毕竟停滞了很久,在重启之后,又如何确保本土企业能够适应当前的核电技术和建造发展趋势?

胡安·马修斯:为了让企业适应核电重启的新形势,英国专门启动了一项核供应链行动计划。计划的具体内容大概有这么几项:成立了英国核工业委员会,并在2013年召开了第一次会议;建立了各分领域的大公司工作组,明确面临的挑战以及提高备战新建项目的联合行动;核高级制造研究中心(NAMRC)建议帮助中小企业投标核供应链中的大型合同; 通过有针对性的干预措施解决关键技术短缺问题,吸引新人进入这一领域,包括重新部署现有技术以及吸收相关行业的技术。

与此同时,英国核工业协会在核电重启后,编制了一份产能报告,对英国供应链和能够提供特殊部件或服务的英国公司进行了详细的分析。之后又再次编制了一份指导方案,帮助企业了解如何加入供应链。  

中英空间

记者:中英双方当前正致力于全产业链的合作,一些合作项目前期工作也已经展开。从科研这个层面来看,您觉得中英还有哪些合作的空间?

胡安·马修斯:英国和法国是两个采用民用后处理技术运行整个核燃料循环的国家。英国在塞拉菲尔德具有一切必要的后处理设施,在过去的40年间,已经再加工处理了5万吨以上的辐射燃料。英国在旧实验反应堆、燃料循环工厂和研究设施的退役方面更是具有丰富的经验。因此在燃料循环领域中英企业合作的空间非常大。中国企业还可以和我们刚才提到的国家核能卓越中心合作,这个中心非常先进,在全世界也是首屈一指的,其主要做的就是去评估和研究如何进行大规模后处理。

另外,英国建有很多试验和研究反应堆的核研究基地,在设计和运行先进反应堆方面积累了丰富经验。我觉得中英在快堆领域也可以展开合作。英国的原型快速反应堆(PFR)是快堆技术的一个非常成功的示范。PFR用来试验很多试验性燃料设计,对其燃料和增殖反应堆燃料组件进行了后处理并完成了燃料循环。我们在敦雷这个地方有整套的核燃料循环,这整套流程在全世界只有英国才有。我们在快堆领域有钚处理的相关经验,混合后氧化处理的技术也非常强,我们的混合燃料可以达到23%的燃耗。在快堆领域之外,中英在高温气冷堆的石墨慢化研究领域也可以展开合作。英国在石墨的放射性和相关的退役以及石墨特性方面的研究,在世界上都是顶尖的。

记者:中英核能展开广泛合作的时间毕竟还不长,您能否介绍一下英国科研领域与其它国家的合作模式是怎样的,借此给中国企业一些借鉴启示?

胡安·马修斯:我给你介绍一下我们现在和其他国家的合作方式。英国和韩国、日本最近就在牛津大学开了一个研讨会,在这个闭门会议中,双方各自陈述自己国家正在研究的领域以及着重想要了解和引进的技术重点是什么,在讨论中把合作领域确定下来。讨论的全程都会有国家各个顶尖研究所的科研人员参与。

英国和美国合作的方式又有所不同。英国政府出资机构和美国的出资机构会在一起开会,然后把大学代表邀请过来,会议上会确定哪些特定领域要进一步研究,邀请一个美国大学加上一个英国大学,组一个队再竞标研究的经费和项目,这样项目成果能够两国共享。

英美合作与英国在欧盟做事的方式比较像。欧盟在选择完一些特定的研究领域之后,会要求机构或公司必须是三个国家组一个团,共同来竞标。所以每一个项目都是由三个国家的公司或机构组成的联盟或者是财团才能拿到的。它是一个大会的机制,在会上各国机构和公司进行双向选择,组团之后再一起进行联合竞标。(刘兴)


关键词: 核电 英国 核科研
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