以核強(qiáng)國中華情 厚德載物清華風(fēng)——訪清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院陳靖研究員

本刊記者 高 彤 毛艷玲

以核強(qiáng)國中華情 厚德載物清華風(fēng)
——訪清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院陳靖研究員

本刊記者 高 彤 毛艷玲

專家簡介：

陳靖博士，現(xiàn)任清華大學(xué)研究員，博士生導(dǎo)師。多年來在核燃料循環(huán)領(lǐng)域從事溶劑萃取技術(shù)等相關(guān)的教學(xué)和科研工作，近十年在所負(fù)責(zé)的高放廢液分離研究工作中取得多項(xiàng)研究成果。博士論文于1999年被評為全國首屆百篇優(yōu)秀博士論文；2001年獲得中國青年科技獎；2002年獲國防科技三等獎；2003年被評為教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才；2004年獲教育部霍英東青年教師一等獎；2007年獲得高?？萍歼M(jìn)步二等獎；2008、2009年分別獲國防科技二等獎。發(fā)表論文130多篇，50多篇被SCI收錄。申請發(fā)明專利30多項(xiàng)，20多項(xiàng)獲授權(quán)。

說起“核”，很多人會想到核武器，想到威力巨大的原子彈，想到當(dāng)今世界政治焦點(diǎn)之一的核問題……很多人將其視為威脅世界和平與安全的“魔鬼”。然而與此同時，人們也清楚地認(rèn)識到，核反應(yīng)產(chǎn)生的巨大能量，能夠?yàn)槿找婢o張的能源和環(huán)境問題的解決帶來無限希望。是利是弊，關(guān)鍵就在于能否安全有效地控制和利用好它。

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院陳靖教授所在的研究團(tuán)隊，便是這樣一個與“魔鬼”打交道的團(tuán)隊，他們竭盡全力，眾志成城，為我國核能技術(shù)的發(fā)展和利用貢獻(xiàn)自己的力量。

高放廢液處理——核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵

核燃料循環(huán)，是一個軍民兩用的高度敏感行業(yè)，是支撐我國核大國地位不可缺少的部分。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源、資源和環(huán)境問題越來越突出，加上二氧化碳減排的巨大壓力，大規(guī)模發(fā)展核電成為大勢所趨。

然而，發(fā)展核電必然產(chǎn)生大量乏燃料，對乏燃料的后處理，也必然產(chǎn)生大量的高放（放射性）廢液。高放廢液集中了乏燃料中95%以上的放射性元素，主要包括毒性大的超鈾錒系元素、長壽命裂變產(chǎn)物以及強(qiáng)放射性的鍶－90和銫－137，它們對地球環(huán)境和人類社會的安全構(gòu)成很大的威脅。

“放射性廢物是核反應(yīng)中產(chǎn)生的?！畺|西好吃，刷鍋洗碗處理垃圾卻很難’。”陳靖說道，“目前，高放廢液的安全處理和處置是一個世界性難題，并已成為制約核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。在我國，由于歷史原因遺留了一些高放廢液，這些高放廢液的處理和處置是一個很緊迫的問題，而且由于其敏感性，相關(guān)技術(shù)必須主要靠自主研發(fā)?！?/p>

在國際上，目前已有的成熟做法是將高放廢液進(jìn)行玻璃固化，把固化玻璃塊放到與生物圈隔離的深地質(zhì)層處置庫，使其相對吸入毒性在幾十萬年后達(dá)到天然鈾水平。然而，高放廢液玻璃固化操作以及深地層處置庫的建造維護(hù)費(fèi)用非常高，世界上還沒有建成一個處置庫。另外，對處置庫的安全要求達(dá)到幾十萬年，這種長期風(fēng)險也是公眾難以接受的。

在這樣的背景下，提出了一種更科學(xué)、更先進(jìn)的處理方法，那就是“分離－嬗變”的思路，即采用化學(xué)分離技術(shù)從高放廢液中高選擇性分離超鈾元素和長壽命裂變產(chǎn)物，再用反應(yīng)堆或加速器將其嬗變成短壽命或穩(wěn)定核素。通過這種方法，可從根本上減少放射性的長期危害。目前核大國和核電大國都在積極研發(fā)這一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)。

然而，要讓“嬗變”成為現(xiàn)實(shí)，有一個前提必須實(shí)現(xiàn)：高放廢液的有效分離。針對這一前提，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院（核研院）已經(jīng)整整努力了三十年。

眾志成城，攻克技術(shù)難關(guān)

位于北京北郊的昌平區(qū)虎峪村，地處燕山腳下，風(fēng)景秀麗。核研院就坐落在那里。

早在上世紀(jì)70年代末80年代初，核研院便開始了高放廢液分離技術(shù)研究。為了這份事業(yè)，清華大學(xué)核研院幾代人前赴后繼地投入其中，朱永院士領(lǐng)銜提出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)和世界先進(jìn)水平的混合三烷基氧膦（TRPO）從高放廢液中分離錒系元素的流程，并發(fā)展為可以分離高放廢液中錒系、鍶和銫的高放廢液全分離流程等眾多先進(jìn)技術(shù)。

1996年，剛剛在核研院朱永 院士指導(dǎo)下取得博士學(xué)位的陳靖，也開始投入到前輩們已經(jīng)奮斗了十幾年的“高放廢液萃取分離研究工作”中去?！笆濉币詠恚_始全面負(fù)責(zé)高放廢液萃取分離研究工作，期間他在國家“863”計劃經(jīng)費(fèi)和國防科工委專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的共同支持下，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊開展了XXX高放廢液分離技術(shù)流程優(yōu)化和設(shè)備流程臺架試驗(yàn)研究工作，并取得了卓著成效。

他們在國際上率先集成了高放廢液全分離技術(shù)，設(shè)計并建立了中間規(guī)模高放廢液分離技術(shù)設(shè)備流程臺架；采用免維修、遠(yuǎn)程可控吹氣測量技術(shù)結(jié)合自主研發(fā)的吹氣探頭解決了強(qiáng)放射性環(huán)境下脈沖萃取柱參數(shù)在線測控技術(shù)難題，并以此建立了基于Profibus現(xiàn)場總線控制的高放廢液全分離技術(shù)全數(shù)字化測控系統(tǒng)；采用優(yōu)化轉(zhuǎn)鼓內(nèi)結(jié)構(gòu)及獨(dú)特的進(jìn)出口設(shè)置方案解決了我國核用離心萃取器首次規(guī)?；瘧?yīng)用中遇到的相夾帶、乳化以及一級停轉(zhuǎn)后級聯(lián)不受破壞等技術(shù)問題，進(jìn)一步增強(qiáng)了核用離心萃取器運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性；在完成工藝參數(shù)和操作參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，成功完成了72小時以上的聯(lián)動傳質(zhì)試驗(yàn)，結(jié)果完全滿足將高放廢液轉(zhuǎn)化為容易處理的低中放廢液的技術(shù)要求；此外，他們還提出了完整的分離處理我國遺留高放廢液工程應(yīng)用的工藝流程，確定了流程參數(shù)，推薦了主要設(shè)備的選型、設(shè)計和運(yùn)行參考數(shù)據(jù)。

清華大學(xué)核研院高放廢液分離技術(shù)研究團(tuán)隊（左起五為：朱永 院士，左起六：陳靖）

這個項(xiàng)目完成后，陳靖等人來不及休息，又在國防科工委局的支持下，趕緊投入到了“XXX高放廢液分離技術(shù)工程應(yīng)用前期研究”的工作中去了。項(xiàng)目主要內(nèi)容包括研制具有放射性密封功能的核用離心萃取器工程樣機(jī)以及在微型離心萃取器臺架上采用已提出的分離流程完成120小時以上處理真實(shí)高放廢液的連續(xù)穩(wěn)定熱驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

在前一個項(xiàng)目的研究基礎(chǔ)上，陳靖與研究團(tuán)隊展開密切合作，共迎新的挑戰(zhàn)。他們完成了具備α放射性密封功能的核用離心萃取器工程樣機(jī)的研制工作；建立了國際上級數(shù)最多、最緊湊的微型離心萃取器熱實(shí)驗(yàn)臺架；完成了199小時連續(xù)處理我國真實(shí)高放廢液的熱運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（放射性共300居里），其中包括120小時連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)驗(yàn)以及30小時TRPO萃取劑直接復(fù)用實(shí)驗(yàn)。他們還驗(yàn)證了自主研制的第四代微型離心萃取器在強(qiáng)輻照條件下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性，為我國強(qiáng)放射性條件下的萃取熱實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研發(fā)提供了技術(shù)儲備，使超鈾核素放射性的平均去污系數(shù)達(dá)到3000以上（要求值為100），鍶－90和銫－137的平均去污系數(shù)達(dá)到10000以上（要求值30），完全滿足我國遺留的高放廢液非α化和中低放化的要求。

通過以上兩個項(xiàng)目的研究，陳靖及其團(tuán)隊成功解決了高放廢液萃取分離工藝技術(shù)和設(shè)備技術(shù)的可靠性，研究成果處于世界先進(jìn)水平，并將應(yīng)用于我國遺留高放廢液分離處理的工程中。

“開展核能技術(shù)研究是國家發(fā)展的需要，經(jīng)濟(jì)和能源可持續(xù)發(fā)展的需求決定了我國核科學(xué)技術(shù)的重點(diǎn)是在保障核大國地位的同時要建設(shè)核電大國。而要發(fā)展核能，又面臨著兩個很大的挑戰(zhàn)——核資源可持續(xù)獲取和核廢物的妥善處理。知難而進(jìn)、眾志成城的科研精神，是我們能夠迎接挑戰(zhàn)的最大保障，”陳靖總結(jié)道。