高温气冷堆是第四代核电技术路线之一，其出口温度高、热效率高和固有安全的特点为核能的和平利用开辟了新的道路。我国的高温气冷堆技术选择了球床高温气冷堆的方向，其单堆热功率在250兆瓦，电功率100兆瓦左右，经济性上与百万千瓦级的压水堆有一定差距。清华大学教授田嘉夫不久前撰文提出了全新的解决方案，可以克服球床高温气冷堆的多个缺点，提高机组功率。虽然目前仍有一些技术难题待解，却为我国先进核能技术的开发应用提供了新的思路。《中国能源报》记者日前就相关问题对田嘉夫进行了专访。

　　迟来的中文版论文

　　中国能源报：您前不久发表的《高温气冷堆技术开发需要改进和创新》是最新研究成果吗？

　　田嘉夫：中文版是一个多月前写的，但英文版的已经发表了三年多了。我一共写了三篇关于高温气冷堆的英文论文，这是我第二次把论文翻译成中文。2006年，高温气冷堆国际会议上，我发表了两篇论文，其中有一篇在2007年登在了SCI级的《Annals of nuclear energy》(核能年报)上。2008年国际会议上，我宣读了另一篇英文论文。第一篇中文论文是2008年在《核科学与工程》上发表的，这次是第二篇。

　　中国能源报：为什么要先发表英文版的论文呢？

　　田嘉夫：中国在核科技上与国外差距较大，你忽然说你超越了国际水平，这是不敢想象的。高温气冷堆想提高功率要费很大劲。南非的高温气冷堆设计从268兆瓦热功率提高到400兆瓦，聘请了几十位德国专家，研究了多年。现在，突然有人说能把功率提高1倍、2倍，研究经费也没多少，又是一个中国人，所以大家都不太敢相信，因此这些年处于不置可否的状态。最初选择先发英文版，就是想看看国际上的反应。绝大部分高温气冷堆研究人员在看了这篇论文后都说，他们没考虑过这样的方法，也没有研究过。所以，既没有人能肯定这种方法，也没有人能否定这种方法。但有几个人是支持我的，他们认为我提出的概念很重要，向我索要科研资料。国际上在核领域真正研究球行为规律的人很少，我还没接触过这样的学者。这让我很有信心，说明我们已了解了国际上在这方面的研究，所以我才会发表中文论文，我论文的结论也比较肯定了。

　　又向前走了一步

　　中国能源报：我们通常认为，我国高温气冷堆研发是从上个世纪70年中期开始的。您当时负责哪些工作？

　　田嘉夫：准确地说，是从上个世纪60年代开始，清华大学核能所就开始研究中国的先进核电堆型了。我当时任实验室主任，就用铀和石墨做了零功率反应堆实验，第一次达到临界是1969年。实际上，这些就是高温气冷堆的研究基础。同时，我们研究了球行为和球床堆积实验。比如随机堆积球床，那球与球之间的空隙率是多少？堆积方式与震动的关系是怎样的？这些实验我们都做了。

　　当时正值文革，实验室增加了45个军人。这正好保证了我们可以用很少的技术人员开展大量的研究工作。比如，刚才说的空隙率，我就派三个班的战士去玻璃厂买了几吨玻璃球，要求他们在厂里挑选大小相同的球，回来做堆积实验。当时，我们的研究室楼上楼下全是球，就这样把大量实验做了，研究了球在堆芯内的流动特性。除了随机堆积实验，我们还做了规则堆积实验，这是我国在特殊环境下完成的工作。美国当时研究规则堆积是用在快中子堆上，德国研究的是随机堆积，我国设备虽然简陋，但两种堆积实验都做过。

　　中国能源报：高温气冷堆的燃料球原来被设计成随机摆放，您为什么会想到规则摆放呢？

　　田嘉夫：世界上有两种高温气冷堆设计，一种堆的燃料是球形，另一种是棱柱块形。前者很像煤球炉子，后者很像蜂窝煤炉子。为什么块形堆设计性能更好呢？一方面是其功率分布可调节，另一方面是它的冷却剂循环阻力小。但是，如果把球规则地堆起来，球床堆的缺点就被克服了。燃料球在规则堆积床中，能上下左右展平功率，可以把不均匀系数做到2以下，原来的球床堆是4.5左右，这不需要什么投入就将功率提高1倍多。所以，我才一直在研究规则的球床堆。现在来看，这项研究慢慢显现出价值来了。我们虽然没有投入太大的研究经费，但研究的经历一点也不比别人短。刚开始研发的时候我才30岁，现在都70多岁了。

　　中国能源报：高温气冷堆原来的设计具有连续换料的优点，但规则摆放燃料球的话这个优点不就没有了吗？

　　田嘉夫：过去球床堆的研究都认为，连续换料是它的优点，人们的思考也局限在这个框框里。但我通过研究发现，它无非就是降低了一些燃料富集度。球床堆的燃料富集度只要求9—11%，而块形堆则要求达到14%，就是因为块形堆不能连续换料。提高核燃料的富集度是需要成本的，因此才会认为连续换料有好处。

　　停堆换料肯定需要半个月到1个月时间。现在我国的高温气冷堆只有250兆瓦，如果能做到500兆瓦，那么一年停堆半个月换料就不是问题，发电能力的提高才是主要的。而且，现在燃料球在运行中又装又卸又在堆芯流动，把设计做得非常复杂。燃料球或快或慢在堆芯内流动，每个球都在不停的旋转，那就像研磨机一样会产生石墨粉。这些石墨粉含有放射性，泄漏出去危害严重。这个问题看透了，我们就又向前走了一步。

　　中国能源报：您觉得新技术的应用现在面对哪些困难呢？

　　田嘉夫：主要的阻力是人为因素。因为新技术、新概念就意味着对原有技术的颠覆，规则球床堆技术超越了原来的设计，可以把功率提高一倍，就等于投资省了一半。

　　原有设计需要解决石墨块更换的问题，现在不知道石墨块的寿命是多少，全世界也没有关于高温下的石墨辐照数据。如果是半年、一年就更换，那这个堆就没有价值了。这是一个悬而未决的问题，也是世界各国不想投资建高温气冷堆的原因之一，因为投资存在风险。而我们既然已经有解决这一问题的方案，为什么不能应用呢？

　　主要障碍就在于，原来的高温气冷堆已经通过与其它堆型的竞争，拿到了国家经费。这时再出新方案，原来的参与者肯定不愿看到。我其实也作了妥协，我提出能不能拿出一点经费来让我搞科研，但他们还是说不行。因为，这会影响原来的高温气冷堆计划。

　　中国能源报：既然如此，您为什么还要发表中文版的论文呢？

　　田嘉夫：一些专家劝我说，这是国家的事，也是科学的事，科学是不留情面的。你已经这么大年纪了，就把中文的写出来吧。这是中国人的东西，不能被外国人拿去。

　　我为什么要先发表英文论文呢？因为外国人承认了，中国人才容易承认。即便SCI都刊登了，在国内发表中文版的时候还是有人联系杂志编辑要求退稿，编辑没有同意才刊出的。他们的思路是这样的：如果引进外国的先进技术，我花再多的钱买回来，我还是中国的专家；但如果是中国自己的技术，那我用之前就要好好琢磨一下。中国的情况很特殊，这里不仅仅是技术问题。

　　清华大学核能所的老所长吕应中教授曾经就跟我说过，怎么这么大的效益，国内专家就是看不明白呢？

　　中国能源报：您提出的方案可以让高温气冷堆的经济性与压水堆相媲美吗？

　　田嘉夫：原来的高温气冷堆和压水堆比不了，功率太低。如果功率可以成倍的翻上去，那2—3个高温气冷堆就顶一个商用压水堆的规模了。高温气冷堆是第四代核电技术，具有固有安全性，不需要那么多安全设施，又高温、高效率。而且，一吨燃料，高温气冷堆可以发80000—120000兆瓦天的热能，而压水堆则只有40000—50000兆瓦天，高温气冷堆的燃料成本、后处理成本都会低很多。