JPDR-II

日本核能研究所采用通用電氣公司（GE）的沸水反應(yīng)堆（BWR）作為動(dòng)力試驗(yàn)反應(yīng)堆（JPDR）是在1959年3月13日。這不是根據(jù)確切的技術(shù)依據(jù)做出的決定，只不過(guò)是由西屋公司和GE進(jìn)行競(jìng)標(biāo)，最終選擇了報(bào)價(jià)低的GE。并且，日本核能研究所在大約1年半后的1960年8月30日與通用電氣日本公司（GEJ）簽訂了購(gòu)買(mǎi)協(xié)議。日本核能委員會(huì)在第二天上報(bào)了JPDR的安全性，政府于大約1年后的1961年7月26日頒發(fā)了工程施工許可。

在日本核能研究所簽訂JPDR購(gòu)買(mǎi)協(xié)議時(shí)，美國(guó)只有兩個(gè)動(dòng)力試驗(yàn)反應(yīng)堆和2個(gè)商用輕水反應(yīng)堆在運(yùn)行＊7。日本的核能開(kāi)發(fā)雖然比歐美起步晚大約10年，卻是全世界較早趕上輕水反應(yīng)堆技術(shù)潮流的。

＊7 2個(gè)動(dòng)力試驗(yàn)反應(yīng)堆是跟JPDR同類(lèi)型同規(guī)模的“BORAX-3”（GE制造）和“EBWR”（GE制造），2個(gè)商用輕水反應(yīng)堆是指希平港壓水堆核電站（發(fā)電功率為10萬(wàn)千瓦）和德累斯頓(Dresden)沸水堆核電站(發(fā)電功率為21萬(wàn)千瓦）。

GE考慮到日本核能研究所是研究機(jī)構(gòu)，以技術(shù)開(kāi)發(fā)為主題，因此，為了將堆芯冷卻水由自然循環(huán)改為強(qiáng)制循環(huán)，在反應(yīng)堆壓力容器的下部設(shè)置了連接管道的噴嘴。如果將自然循環(huán)變成強(qiáng)制循環(huán)，反應(yīng)堆熱功率就會(huì)達(dá)到原來(lái)的2倍＊8。

＊8 引發(fā)核裂變的熱中子個(gè)數(shù)取決于堆芯的減速材料——輕水的密度。輕水的密度越大，就有越多的高速中子（快中子）減速，變成高效引發(fā)核裂變的熱中子。沸水反應(yīng)堆的堆芯不是膜狀沸騰，而是產(chǎn)生小氣泡的泡核沸騰。與輕水的自然循環(huán)相比，采用強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，輕水密度變成2倍，結(jié)果，核裂變的次數(shù)也提高到2倍。

JPDR于1963年8月22日達(dá)到臨界，依靠自然循環(huán)運(yùn)行到6年后的1969年9月1日。打算將熱功率提高到原來(lái)2倍的JPDR-II改造工程于1969年10月啟動(dòng)，到2年后的1971年12月完工。1970年2月17日，JPDR-II達(dá)到了臨界。不過(guò)，日本核能研究所的目的并不是將發(fā)電功率提高到原來(lái)的2倍。因此，渦輪和發(fā)電機(jī)直接將一半蒸汽通過(guò)新增的凝聚濕氣的換熱器散掉，并通過(guò)采用海水冷卻的冷凝器凝縮為水返回反應(yīng)堆。JPDR-II運(yùn)行到1976年3月18日，只運(yùn)行了大約3年。

據(jù)參考文獻(xiàn)記載，JPDR-II的設(shè)計(jì)存在諸多問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)，并不是簡(jiǎn)單地設(shè)置再循環(huán)泵，將一半蒸汽由主蒸汽管引到濕氣冷凝器就行的。設(shè)計(jì)需要反應(yīng)堆熱流動(dòng)技術(shù)，如果沒(méi)有反應(yīng)堆廠家那樣的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，就無(wú)法達(dá)到目的。

JPDR-II雖然在管道不發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、熱功率在50％（JPDR的100％）以下時(shí)可正常運(yùn)行，但將熱功率提高到75％以后，就會(huì)出現(xiàn)意想不到的管道振動(dòng)和機(jī)器損傷。在性能測(cè)試中，直徑8in（0.2m）的不銹鋼管因振動(dòng)發(fā)生了剪切斷裂。但是，日本核能研究所考慮到當(dāng)時(shí)日本輕水反應(yīng)堆的運(yùn)行，擔(dān)心給電力公司帶來(lái)困擾，隱瞞了剪切斷裂的事實(shí)。但該所并沒(méi)有采取措施防止管道振動(dòng)和機(jī)器損傷，因此未達(dá)到目的就放棄了運(yùn)行，并將開(kāi)發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了廢堆技術(shù)。

JPDR-II開(kāi)發(fā)項(xiàng)目失敗的原因是，日本核能研究所的研究人員不具備像反應(yīng)堆廠商那樣的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，無(wú)法解決管道振動(dòng)等問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，所有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備設(shè)計(jì)看似是組合管道，其實(shí)要考慮熱流動(dòng)，還要采取措施防止應(yīng)力集中于管道及防止因流體流動(dòng)而引起的管道振動(dòng)。要防止振動(dòng)，不僅需要工學(xué)理論，還需要基于長(zhǎng)期實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。可以說(shuō)，JPDR-II的問(wèn)題暴露了日本核能研究所研究人員最大的弱點(diǎn)。（作者：櫻井淳，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）