以核强国中华情 厚德载物清华风——访清华大学核能与新能源技术研究院陈靖研究员

本刊记者 高 彤 毛艳玲

以核强国中华情 厚德载物清华风
——访清华大学核能与新能源技术研究院陈靖研究员

本刊记者 高 彤 毛艳玲

专家简介：

陈靖博士，现任清华大学研究员，博士生导师。多年来在核燃料循环领域从事溶剂萃取技术等相关的教学和科研工作，近十年在所负责的高放废液分离研究工作中取得多项研究成果。博士论文于1999年被评为全国首届百篇优秀博士论文；2001年获得中国青年科技奖；2002年获国防科技三等奖；2003年被评为教育部跨世纪优秀人才；2004年获教育部霍英东青年教师一等奖；2007年获得高校科技进步二等奖；2008、2009年分别获国防科技二等奖。发表论文130多篇，50多篇被SCI收录。申请发明专利30多项，20多项获授权。

说起“核”，很多人会想到核武器，想到威力巨大的原子弹，想到当今世界政治焦点之一的核问题……很多人将其视为威胁世界和平与安全的“魔鬼”。然而与此同时，人们也清楚地认识到，核反应产生的巨大能量，能够为日益紧张的能源和环境问题的解决带来无限希望。是利是弊，关键就在于能否安全有效地控制和利用好它。

清华大学核能与新能源技术研究院陈靖教授所在的研究团队，便是这样一个与“魔鬼”打交道的团队，他们竭尽全力，众志成城，为我国核能技术的发展和利用贡献自己的力量。

高放废液处理——核能可持续发展的关键

核燃料循环，是一个军民两用的高度敏感行业，是支撑我国核大国地位不可缺少的部分。随着我国国民经济的高速发展，能源、资源和环境问题越来越突出，加上二氧化碳减排的巨大压力，大规模发展核电成为大势所趋。

然而，发展核电必然产生大量乏燃料，对乏燃料的后处理，也必然产生大量的高放（放射性）废液。高放废液集中了乏燃料中95%以上的放射性元素，主要包括毒性大的超铀锕系元素、长寿命裂变产物以及强放射性的锶－90和铯－137，它们对地球环境和人类社会的安全构成很大的威胁。

“放射性废物是核反应中产生的。‘东西好吃，刷锅洗碗处理垃圾却很难’。”陈靖说道，“目前，高放废液的安全处理和处置是一个世界性难题，并已成为制约核能可持续发展的关键因素之一。在我国，由于历史原因遗留了一些高放废液，这些高放废液的处理和处置是一个很紧迫的问题，而且由于其敏感性，相关技术必须主要靠自主研发。”

在国际上，目前已有的成熟做法是将高放废液进行玻璃固化，把固化玻璃块放到与生物圈隔离的深地质层处置库，使其相对吸入毒性在几十万年后达到天然铀水平。然而，高放废液玻璃固化操作以及深地层处置库的建造维护费用非常高，世界上还没有建成一个处置库。另外，对处置库的安全要求达到几十万年，这种长期风险也是公众难以接受的。

在这样的背景下，提出了一种更科学、更先进的处理方法，那就是“分离－嬗变”的思路，即采用化学分离技术从高放废液中高选择性分离超铀元素和长寿命裂变产物，再用反应堆或加速器将其嬗变成短寿命或稳定核素。通过这种方法，可从根本上减少放射性的长期危害。目前核大国和核电大国都在积极研发这一项先进的技术。

然而，要让“嬗变”成为现实，有一个前提必须实现：高放废液的有效分离。针对这一前提，清华大学核能与新能源技术研究院（核研院）已经整整努力了三十年。

众志成城，攻克技术难关

位于北京北郊的昌平区虎峪村，地处燕山脚下，风景秀丽。核研院就坐落在那里。

早在上世纪70年代末80年代初，核研院便开始了高放废液分离技术研究。为了这份事业，清华大学核研院几代人前赴后继地投入其中，朱永院士领衔提出了具有自主知识产权和世界先进水平的混合三烷基氧膦（TRPO）从高放废液中分离锕系元素的流程，并发展为可以分离高放废液中锕系、锶和铯的高放废液全分离流程等众多先进技术。

1996年，刚刚在核研院朱永 院士指导下取得博士学位的陈靖，也开始投入到前辈们已经奋斗了十几年的“高放废液萃取分离研究工作”中去。“十五”以来，他开始全面负责高放废液萃取分离研究工作，期间他在国家“863”计划经费和国防科工委专项经费的共同支持下，带领研究团队开展了XXX高放废液分离技术流程优化和设备流程台架试验研究工作，并取得了卓著成效。

他们在国际上率先集成了高放废液全分离技术，设计并建立了中间规模高放废液分离技术设备流程台架；采用免维修、远程可控吹气测量技术结合自主研发的吹气探头解决了强放射性环境下脉冲萃取柱参数在线测控技术难题，并以此建立了基于Profibus现场总线控制的高放废液全分离技术全数字化测控系统；采用优化转鼓内结构及独特的进出口设置方案解决了我国核用离心萃取器首次规模化应用中遇到的相夹带、乳化以及一级停转后级联不受破坏等技术问题，进一步增强了核用离心萃取器运行的稳定性和可靠性；在完成工艺参数和操作参数优化的基础上，成功完成了72小时以上的联动传质试验，结果完全满足将高放废液转化为容易处理的低中放废液的技术要求；此外，他们还提出了完整的分离处理我国遗留高放废液工程应用的工艺流程，确定了流程参数，推荐了主要设备的选型、设计和运行参考数据。

清华大学核研院高放废液分离技术研究团队（左起五为：朱永 院士，左起六：陈靖）

这个项目完成后，陈靖等人来不及休息，又在国防科工委局的支持下，赶紧投入到了“XXX高放废液分离技术工程应用前期研究”的工作中去了。项目主要内容包括研制具有放射性密封功能的核用离心萃取器工程样机以及在微型离心萃取器台架上采用已提出的分离流程完成120小时以上处理真实高放废液的连续稳定热验证实验。

在前一个项目的研究基础上，陈靖与研究团队展开密切合作，共迎新的挑战。他们完成了具备α放射性密封功能的核用离心萃取器工程样机的研制工作；建立了国际上级数最多、最紧凑的微型离心萃取器热实验台架；完成了199小时连续处理我国真实高放废液的热运行实验（放射性共300居里），其中包括120小时连续稳定运行实验以及30小时TRPO萃取剂直接复用实验。他们还验证了自主研制的第四代微型离心萃取器在强辐照条件下连续稳定运行的可靠性，为我国强放射性条件下的萃取热实验设备的研发提供了技术储备，使超铀核素放射性的平均去污系数达到3000以上（要求值为100），锶－90和铯－137的平均去污系数达到10000以上（要求值30），完全满足我国遗留的高放废液非α化和中低放化的要求。

通过以上两个项目的研究，陈靖及其团队成功解决了高放废液萃取分离工艺技术和设备技术的可靠性，研究成果处于世界先进水平，并将应用于我国遗留高放废液分离处理的工程中。

“开展核能技术研究是国家发展的需要，经济和能源可持续发展的需求决定了我国核科学技术的重点是在保障核大国地位的同时要建设核电大国。而要发展核能，又面临着两个很大的挑战——核资源可持续获取和核废物的妥善处理。知难而进、众志成城的科研精神，是我们能够迎接挑战的最大保障，”陈靖总结道。