法国核电站的未来在哪里？
IMT Atlantique核物理研究员Nicolas Thiollière和他的团队正在对法国核电站未来的各种可能性进行评估。他们试图回答以下的问题：
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如何减少核反应循环中钚的数量？
02
燃料的选择——尤其是 Mox——对核电站有何影响？
为了解答这些问题，他们使用了一个能够模拟不同场景的计算机模拟器：CLASS（高级场景模拟核心库）。
现在看来，未来法国核电发展方向还不是很明朗。许多反应堆已经运行了接近40年，就快要到达使用寿命。为了延长这些反应堆的使用时间，有必要验证新设计理念。作为IMT Atlantique Subatech实验室的研究员，Nicolas和自己的团队一起进行核工业情景化研究，找出一些可行的选项。在此背景下，他们将会评估法国核电站将要面对的几种发展方向。
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了解核燃料循环
核燃料循环包括核能过程中的所有步骤：从铀矿开采到放射性废物处理。由氧化铀为代表的UOx燃料约占法国核电厂58个压水反应堆燃料的90%，它富含铀235。在整个循环结束后，即在其通过反应器之后，辐射产生约4%的裂变产物（用于产生能量的物质）：1%钚核0.1%次锕系元素。在大多数国家，这些产物不会被回收，此循环被称为开放循环。
然而，法国采用的是部分封闭的循环，其中重复使用了钚。因此，尽管钚是具有最高放射毒性的元素，但钚并不被认作是废物。换句话说，它是中长期（数千年至数百万年）最危险的核循坏材料。法国拥有一个基于混合氧化物 MOx燃料的钚回收系统。Nicolas Thiollière解释道：“ MOx是一种由UOx燃烧循坏过程中产生的5%至8%的钚组成的，并由贫化铀补充的燃料。”
钚
使用这种新的混合裂变材料有助于略为减少铀资源的消耗。在法国的核电站中， MOx燃料约占总燃料的10%，其余为UOx燃料。在Mox辐照循环后，剩下的3-5%的钚并非完全是废料，理论上这些材料是可以重复利用的。但在实际操作中，它们并未被回收利用。
因此，在生产中必须存储Mox燃料用于加工，从而形成钚的战略储备。“我们估计，到2018年，大概有350吨左右的钚存在于全法的核电站中，大多数以UOx和Mox的核废料形式存在”，Nicolas向我们解释道。得益于Nicolas实验室的模拟计算，研究员们可以得出，如果使用开放循环——也就是说不回收使用过的Mox——那么相对于使用目前计划中的封闭循环方案，到2020年将会多出16%的钚。
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快中子反应堆战略
在目前的压水反应堆原理中，我们必须先进行铀浓缩。生产一个单位的浓缩铀需要八个单位的天然铀。然而在反应堆中，只有4%的核燃料能够进行裂变并产生能量。如果直接或者间接地裂变天然铀，对人类来说核燃料就增长了20倍。
在实际操作中，铀吸收中子后会衰变成钚，这涉及到多重回收钚的技术以便持续燃烧核燃料。目前可用的工业解决方案便是快中子反应堆（FNR）。FNR依赖于快中子，这些中子提供了更有效裂变钚的优势，从而让钚能够多次循环利用。
从历史上看，MOx燃料的开发是属于FNR技术多重循环钚工业计划的一部分。不过今天，一个完全不同的剧本正在上演。虽然从1960年代开始法国就有了三座快中子反应堆（Rapsodie，Phenix，Superphenix），但法国国会在1997年就决定关闭Superphenix，这个措施被看作是快中子反应堆FNR在法国发展的结束信号。
Superphenix
这三座当时的前沿反应堆已经关闭，此后再无任何FNR运行。不过峰回路转，2006年签署的关于放射性物质和核废料的可持续发展法案让FNR曙光重现。该法案提出在2020年重建一座快中子反应堆原型机。这也就是法国原子能和替代能源委员会旗下的CEAASTRID计划。
非工业级反应堆的功率大概在600兆瓦左右，而目前商用的工业级反应堆功率则是1吉瓦。原型机获得的拨款最近被削减了，这直接导致FNR原型机的设计功率降到了100兆瓦。真正到达商用阶段可能要2080年以后了。“如果看不到快中子反应堆FNR的发展前景，那我们的MOx战略就会收到质疑。毕竟钚的加工过程非常繁琐和昂贵，如果仅用于现有的反应堆的话，库存收益十分有限”，Nicolqs说道。
由于FNR布局的不确定性和钚在目前核电站中的循环积累，Nicolas和他的团队提出了一个宏大的问题：核电站如何利用现有的反应堆及其多次循环技术（循环次数多于一次），来平衡钚的库存？
研究人员解释说：“在操作层面，我们需要进行大量的研究和开发工作来设计和多次循环兼容的燃料组件。核电站的运营者已经开展了许多理论研究，揭示了一些深入研究的可能性。”
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核电站情景化研究：模拟核电厂中不同的反应过程
Baptiste Mouginot 和 Baptiste Leniau、Subatech实验室前研究员，在2012至2016年间开发了循环周期模拟器CLASS （Core Library for Advanced Scenarios Simulations）。这个模拟工具可以科学定量地分析未来核燃料循环的几种策略。因为其中有核电站发展和装机容量的各类假设条件，这个软件可以用来计算和监控核工业生产部门中（燃料生产和分离工厂、发电站等）燃料库存随时间的变化。
Nicolas的指导的博士生Fanny Courtin就以这个项目为选题，研究了到2100年平衡核电站中回收的钚的目标数量。然而目前所有的核电站应用的都是现有的压水堆技术，这就是计算中的一个限制因素。基于这个标准，CLASS工具可以通过数千次的模拟计算来制定可行策略。
Nicolas解释说，至少要有40-50%的压水反应堆使用多次循环钚的系统，我们才能将钚和锕系元素的数量稳定下来。但在这些情境下，钚的供应也就意味着发电容量的减少。到时的发电量可能是目前的0%到40%。这是有锕系元素的积累效应引起的，它们不会被回收因此随着反应过程逐渐积聚。核电站必须要燃烧钚来平衡库存数量，但这又会以相同的速率降低核电厂的发电容量。
研究人员还测试了最大限度减少钚和锕系元素的条件。除了增加参与多次循环的反应堆数量，研究者发现，在大量减少钚和锕系元素的情境下，核电站的产能将在若干年内逐渐淘汰。因为减少钚的库存相当于减少燃料库存，这就意味着我们不再有足够的燃料来供应核电站。
“想象一下，你有100个单位的钚去供应10个核电站。循环结束后只剩80个单位的钚，只够供应8个核电站，我们不得不关闭2个核电站。而再次循环之后产量只会更少” ，Nicolas这么解释。因此在实际操作层面，没有FNR快中子反应堆的情况下需要大量的科研成果来回收MOx，收益不大，在短期来看则意味着放弃这项技术。
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所有这些方案的工业可行性必须通过广泛的安全性研究来验证。不过在初始阶段，涉及到平衡钚和锕系元素的方案看起来似乎有助于让法国的能源结构多样化和合理化，从而有机会发展可再生能源来替代核能。
在分析FRN快中子反应堆和核电产业布局的不确定性中，工业可行性研究的侧重点在于安全性和经济性。在部署一项将从根本上改变法国核电站的战略之前，解决这些安全和经济问题的不确定性是非常重要的。
The Number-one Group of
Engineering and Management
Graduate Schools in France
法国国立高等矿业 - 电信学校联盟（下面简称IMT）直属与法国工业部是法国最大的、以培养精英工程师和企业管理学位著称的工程师“大学校”之一。 IMT联盟包括10所工程师学校和1所高商大学，在校学生总数13,700人。有9070家合作企业，11个企业孵化器。每年科研研究预算2.8 亿欧元。研究领域企业合约年收入额1.6亿欧元的。IMT与世界500多家顶尖高校展开合作项目，例如：美国麻省理工，英国帝国理工，德国慕尼黑工业大学，上海交通大学，哈尔滨工业大学等。 在法国排名前五的工程师学院中有三家为IMT的学院。
联盟学校
IMT Mines Albi-Carmaux阿尔比－加莫国立高等矿业学校
IMT Mines Ales阿莱斯高等矿业学校
IMT Lille-Douai杜埃－里尔国立高等矿业电信学校
IMT Atlantique大西洋国立高等矿业电信学校
Mines Saint-Etienne圣太田国立高等矿业学校
Mines Nancy南锡国立高等矿业学校
Mines ParisTech巴黎高科国立高等矿业学校
IMT Business SchoolIMT商学院
Telecom ParisTech巴黎高科国立高等电信学院
Telecom SudParis南巴黎电信管理学院
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Telecom Physique Strasbourg斯特拉斯堡电信与物理学校
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IMT提供多个领域的工程师硕士和博士法语课程：
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英文硕士课程：
生物质和废物的能源及材料转化，灾难管理和环境影响，先进制药工程，供应链与运输工程管理及优化，环境和能源工程项目管理，国际精益及供应链项目管理，物联网架构和工程，通信系统和网络工程，数据科学，信息系统治理，数据分析和模式分类，航空材料,高级核废料管，核能生产和工业应用，可持续核工业——医疗应用
两年硕士学费:
法语：两年约9500欧元（人民币70，000）
英语：两年约15000-20000欧元（人民币120,000-160,000）
招生对象：
大三 , 大四在读或已获得本科学位的理工科学生
