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睡前消息221期：未来10万年不要碰甘肃北山地下辐射库，俄罗斯找来苏联技术生产图-160M，中国花了几十年研究英国“贝斯”发动机，俄国全民免疫，航甬运河跑船家庭，穿睡前消息同款T恤考上云南大学
2021年1月10日睡前消息文字版第221期
【睡前消息221】“404城”复兴，嘉峪关核废料仓库要用十万年
大家好，2021年1月10日星期日，欢迎收看221期睡前消息，请静静介绍新闻。
“404城”复兴，嘉峪关核废料仓库要用十万年
去年12月底，中宣部、中国科协等六部门发布了年度先进人物、最美科技工作者，12月28日中国科协网专题报道了其中陈亮的个人事迹。报道说陈亮带着北山团队长期扎根在戈壁无人区的恶劣环境里，连续完成多项研究，提出了地下实验室建设、安全技术体系，为我国十三五重大工程高放废物处置、地下实验室建设方案制定提供了关键支持。陈亮团队研究成果还拿到国防科技进步二等奖。督工，什么是高放废物？它为什么这么重要呢？
核工业必然带来放射性的核废物，高放废物就是高放射性的废物，是其中放射性最高、最危险的部分。
这个新闻说明中国已经选定了核电站废料的储存地点，开始进行以万年计算的永久性储存了。在进一步介绍这个仓库之前，我先简单介绍一下乏燃料处理的现状。
截止2019年底，全世界在运行的核电机组有443台，分布在30个国家。现在主流的反应堆型结构，核燃料棒都被分成三组，每隔18个月更新一组，换下来的就是乏燃料。一个百万千瓦的压水堆，平均一年要换下20到25吨乏燃料。全球这400多台机组每年要产生1万多吨重金锁的乏燃料，而这里边只有不到1/3能够得到后处理，实现循环利用，剩下的都堆放在中间储存设施里边。
存储设施主要是核电站厂房配套的乏燃料储存水池，用架子或者吊篮把核废料泡到特制的溶液里，也叫湿法储存。还有一种叫干法储存，是把乏燃料放在大型的混凝土设施里边，比如说储存室或者筒仓。
从核燃料的全周期运营来看，运营策略可以分成开式和闭式循环两大类。开式循环就是不对乏燃料做后处理，核燃料在整个生产流程中一次性通过，然后直接放到永久性的设施里。闭式循环就是以后处理工艺，把乏燃料加工、分离回收，实现生产循环，减少废弃物。开式循环的典型代表是瑞典和加拿大、西班牙。闭式主要是法国和英国。
美国现在是世界头号核电大国，也曾经是世界上最早建成军用后处理厂的国家，不缺后处理技术。但是在一九七七年卡特总统宣布无限期推迟商业后处理，在这以后美国基本上就没有再处理过乏燃料。到21世纪初美国核电站的水池都已经堆满了，之后一直在靠增加干法的储存设施在解决核废料问题。这些核废物虽然名义上还是暂时存放的状态，但是从结果上看，就是拿这些临时设施当永久性的设施。
这倒也不是美国一家的问题，核电大国的情况都差不多，都面临了核废料堆满仓库的尴尬局面。但是几个主要国家或多或少都建设了乏燃料后处理生产线，比如说日本现在能够每年处理1000吨，俄罗斯每年能够处理400吨，连印度都能处理330吨，多少算是减缓了一点核废料堆积速度。
我国长期只有一个中间试验场，每年只能处理50吨，后处理的配套严重滞后。现在秦山、大亚湾、田湾这些早期的核电站运行时间已经比较久了，水池基本堆满。考虑到我国快速增加的核电机组，无论是追加后处理产能还是开发永久的填埋场，都必须提早布局。所以2009年和2015年我国先后和法国签订了两个联合声明，准备引进法国后处理生产线技术，在国内建一套每年能够处理800吨的生产线。但是最快这套生产线也要到2027年才能够建成。
普通核废物都已经这么麻烦了，最危险的高放射性废物问题更大。从体积上算，核废料99%都是中低放射性，但还是有少部分是高放射性。比如说核反应堆乏燃料后处理产生的高放废液和固化体，以及核武器维护拆解下来的核装料。
高放废物虽然体积占比不到所有核废物的1%，但是总的发射量占比超过了99%，普通的核废物还能堆放，高放废物无论是运输还是存放都非常麻烦。
联合国五个常任理事国都有自己的核武库，也都要面临高放核废物的处理问题。英法的核武库规模小，也有比较强的后处理产业，所以问题不大。苏联地广人稀，长期粗放管理，结果苏联解体以后，核废料大量流失，1998年俄罗斯的安全局就阻止过一次18.5公斤的武器钚盗窃案。截止1999年独联体光是记录在案的核盗窃案就有52起。
美国有世界级的核武库，高放废物处理压力也是世界级的。截止到2015年美国121个存放点堆放了7万多吨乏燃料和高放废物，其中1万吨是核武器换下来的。这么多高放废物根本不可能指望后处理回收，只能找地方永久深埋，这个道理大家都懂。
所以早在1982年年美国就出台了《放射性废物政策法》，准备到1998年建成高放废物深层的地质储置库，这也就是内华达州的尤卡山核废料处置库。但这个项目烂尾了，首先是内华德州自己反对，紧接着2007年内华达州民主党的参议员哈里瑞德担任了联邦参议院多数党领袖，彻底叫停了这个项目。
特朗普上任以后一路想重启尤卡山项目，申请了1.2亿美元的资金，结果国会没批。而这个时候项目预算总费用已经飙升到近千亿，在接下来几十年里，美国核废物都只能临时堆放在全国各地。
现在中国每年生产核废物差不多1000吨，但是我国过去的核工业规模一直比较小，对核武器的高放废物处理能力都有限，只做过一些回收试验。随着中国逐步变成核电大国，无论是后处理回收还是永久深埋都变成了绕不过去的坎。所以给高放废物处理工程做配套的陈亮团队能够拿国防进步二等奖。
中国成为核大国也已经有半个世纪了，为什么到现在才确定要在甘肃修建永久深埋的地质处置设施呢？
早在1983年核工业专家徐国庆就提出了“核废物地质处置”概念，并在1985年启动了研究项目。之所以选址拖到现在，是因为这种永久设施一旦决定位置，至少要用上一两个世纪，之后的封存年限以万年计算，必须考虑地质活动影响，所以选址本身就是个超级工程。
1986年6月核工业总公司科技局拨款10万元研究高放废物地质处置，这一年研究组制定了初步的发展规划，也叫SDC计划，准备在2040年建成国家的高放废物处置库。1998年国家核安全局发布了相关的安全导则，1999年国防科工委批复了甘肃北山预选区初步研究的课题，2000年7月8日北山打下了1号钻孔，到2003年打下了首批4个深钻孔，初步建立了选址评价方法。
但是在这段时间，国家层面上没有宏观规划，经费投入也少，只能算是跟进国际研究，连地下实验室都没有，很多课题都没有办法开展，政府也缺乏动力。
但是在1997年联合国通过了《京都预定书》，在2005年2月生效。有了碳排放指标限制以后，中国必须考虑提高核能发电的占比。所以在议定书生效半年以后，2005年8月1日国防科工委在北京召开了高放废物地质处置研讨会，这也是政府首次正式召开相关会议，项目终于进入了快车道。2006年国家制定了高放废物地质处置研究开发规划指南，确定了三步走战略，到本世纪中叶要建成处置库。2007年国防科科委连续批复了17个建议书。
综合来看，甘肃嘉峪关市西面的北山地质结构稳定，水体污染风险小，周围人口密度低，很适合开发成高放废物地质处置中心，2011年甘肃北山成为首选预选区。2019年5月6日政府最终批复在戈壁滩的北山地区的花岗岩地层里面建设一个地下研究实验室，计划埋深560米。到这个时候为止从60后到90后，核地院已经有先后四代人把青春奉献给了这个选址工程。
这次被评为“最美科技工作者”的陈亮就是核地院的80后代表人物，是核地院的现任副院长，也是我的校友。在未来几十年还会有更多的20后30后加入这个超级工程。
从全球的深层地质工程处置项目进度来看，北山这个项目很有可能就是人类史上第一个建成的高放废物地质处置设施。这个工程将足够容纳中国将来100年到200年的核废料，在存满废料以后永久封堵。估计在这之前，人类已经能够解决核聚变或者行星采矿的技术了，所以这可能是中国唯一的核废料永久性储存地点。
除了永久处理高放废物，北山这个超级工程还有其他意义吗？
这样一个人类文明级别的超级工程，如果只是单纯用来堆放高放废物，实在是太浪费了，所以未来几十年北山会成为中国核工业后端处理的中心，把全国的乏燃料都集中到这里，并配套建设后处理生产线。
最近十几年中国核电站的数量快速上升，乏燃料运输量上升了五倍，过去靠公路运输的模式已经不能满足需求了，必须开启铁路运输线。而我国的核电站基本都在沿海，这意味着未来的乏燃料运输线将会先用专用船舶海运到指定港口，再走固定的铁路线送到北山。
为此我国最近几年一直在开发配套设备，比如说刚刚过去的2020年11月12月，我国先后下线了专用的铁路运输车和运输船。而在2019年相关铁路线的规划也有了初步方案。现在包头受国核装置和核燃料的生产基地，这条陆海的联运核动脉将同时完成核物资的全国发放和回收。
选择在甘肃嘉峪关市的北山做后处理也有历史基础。北山是我国军事铀浓缩中心404厂的所在地，很多观众应该看过网上对“404城”的介绍。前面提到我国现在后处理中间试验厂每年能够处理50吨的高放废物，这个中试厂就是1968年给404配套建的。404厂还有一个能够容纳20万立方的中低放射物废物处置厂，已经是常规核废物的处置中心了。
2012年中核工业发布了“龙腾计划”，准备把404厂打造成先进核技术产业园，还在2015年启动了二百吨大型商用乏燃料后处理示范工程，以后千吨级的工业规模后处理生产线应该也是在这里。
当年西北这些核工业秘密基地为中国发展核武器作出了贡献，现在他们转型成核废料处置产业链是非常好的军民融合转型，只是大家一定要记得提醒子孙后代，嘉峪关以西100公里铁路支线尽头的404厂北山是禁区，无论社会发生什么变化，只要人类还保持着生物形态的肉体，今后10万年都绝对不要触碰这个地下辐射库。
俄罗斯找来苏联技术生产图-160M
第219期睡前消息节目督工你提到了俄罗斯的“考古型”科研，因为找到了苏联时代的旧资料，所以才能翻修战略轰炸机。你现在能给大家再具体介绍一下吗？
美国空中侦察网站(air recognition)12月4日报道，俄罗斯开始为战略轰炸机图-160M制造新的发动机。图160-M是图-160的升级型号，虽然比美国的B2轰炸机还有很大的差距，但也是全世界最先进的轰炸机之一。俄罗斯的军工厂宣布这次升级更换了60%的机载设备，战斗力提高了一倍。不过无论换了什么神奇的机载设备，这次改造最重要的变化还是发动机。原来图160配备NK-32涡扇发动机，现在换成了NK-32-02型，油耗降低了10%，最大的航程提升了1000公里左右，巡航能力和战术选择都增加了。
图-160M项目2012年就公布了，2015年俄国国防部正式下令生产。按照最初的计划，到2020年结束的时候，原来所有的图160都应该基本完成了升级改造，现在只改装了第一架原型机，到2023年才能进入年产3架的全速生产模式。但是和苏联解体以来的其他项目相比，这已经是俄罗斯执行最顺利的重大航空项目了。
苏联亡国以后，俄罗斯的航空项目执行不顺，最大原因是资金不足。其次是苏联时代的老问题，电子设备它落后。但是图-160M项目拖这么久，既不是因为缺钱，也不是因为电子工业，而是因为苏联和俄罗斯一直自豪的航空发动机技术。
图160原来使用NK-32型涡扇发动机，这是上世纪80年代前苏联航空工业的顶峰作品。但是苏联解体以后，俄罗斯经济严重衰退，NK-32发动机在1993年就停产了。停产之前NK-32总共生产了大概250台，看着数量不多，不过好在图160的产量更少。前苏联和俄罗斯加起来30年只生产了36架，再加上两架试验品。90年代按照裁军条约，一多半的图160已经销毁了，俄军最后只留下16架。2003年他们又坠毁了一架，所以发动机相对飞机反而是过剩的。
而且2000年之前，俄国空军处于低谷状态，图160的飞行员每年实际飞行时数只有几十个小时，库存的发动机足够维持机队运作。2000年之后俄军逐步恢复了正常训练，图160也重新进入了战备值班，频繁执行远程任务，发动机寿命消耗大大加快。再加上俄罗斯前十几架轰炸机不够用，还打算扩编图160机队，库存的发动机就更加不够用了。所以俄罗斯决定重启NK-32生产线。
根据俄罗斯媒体早年的报道，最晚在2006年，俄罗斯航空发动机集团就开始策划生产NK-32发动机，而且还打算升级。2014年还有一天报道说，俄国正在NK-32的基础上，为下一代的全新战略轰炸机研制发动机。从配发的照片上看，很有可能就是早期的NK-32-02原型机。
从公开的信息看，2015年图-160M全面开工，承包商当时还预计新发动机可以在2016年就开始全面测试，到了2018年就要装上图-160M试飞。但实际上很有可能直到2016年底生产线才转入正常运转，比图-160M总体项目的开工时间还要晚很多。
回过头再看俄罗斯航空网站的新闻，在初次延误以后，生产商把项目时间推迟了两年，再次预计到2018年底能够装机测试。但是最终到了2020年11月这个目标才实现，这就是我们前面说的考古科研。
虽然俄罗斯从来没有解释过自己项目推迟的原因，但是空中侦察网站引述消息说，原来生产NK-32发动机的工厂在上世纪末的混乱时期里丢失了大部分的技术文档，俄罗斯航空工业已经自己造不出合格的NK-32发动机了。
直到近年经过考古式的搜索，找回了部分失踪的关键历史资料，俄罗斯工厂才突破了技术难题。这似乎说明苏联解体以后，俄罗斯的动荡比外界预想的还严重。
从最早试图恢复生产时候算起，改进NK-32发动机已经耗费了15年时间，而且从航空发动机研发全流程看，刚刚装机首飞项目还不能说已经成功，至少还有几年时间才能定型。不过在业内很有影响的美国《航空与空间技术》杂志还是认为，NK-32-02发动机试用是2020年全球航空行业的重大事件之一。
在解决了最重要的发动机问题以后，俄军除了要升级现有的全部图160还下了新订单，要采购10架全新的图-160M，甚至有消息说图-160M的采购量有可能会扩大到50架，总量和他的美国表兄弟B1轰炸机差不多了。不过考虑大规模增加采购图-160M似乎说明俄国遇到了另外的问题。
今年5月份俄军宣布已经开始建造下一代战略轰炸机。按照规划，新的轰炸机应该在2027年服役。但是最近俄罗斯财政很困难，已经连续四年削减军费了，还要采购那么多的图-160M，看来俄罗斯自己也知道，下一代战略轰炸机项目多半会停留在图纸上，还是把苏联时代的老型号升级一下比较靠谱。
另外大多数分析者都认为，就算俄罗斯下一代战略轰炸机能够造出一两架样机，发动机多半还是NK-32系列。到2050年如果俄罗斯和俄罗斯的空天军能够继续存在，战略轰炸机里面还有可能会是一颗苏联设计的心脏。
中国花了几十年研究英国“贝斯”发动机
苏联解体已经30年了，俄罗斯还能通过科技考古来新建生产线，而且改造以后还打算再用几十年。苏联的技术水平有这么高吗？
航空发动机的工作环境太恶劣，每个细节都要反复验证，所以研发周期很长，就算不缺资金，让经验丰富的单位开发一个新型号，花10年时间也不稀奇，再用上几十年非常合理。
比如说中国70年代引入的英国“斯贝”涡扇发动机，当时希望用8年时间实现国产化，1976年中国开始尝试生产1980年项目就下马了，90年代初中国重新恢复仿造，真正全面国产化是2003年，实际上稳定的批量生产可能要到2010年左右，距离最初的引进已经35年了。就算中间扣除项目暂停的阶段，斯贝发动机国产化也花了20年时间，这还是英国原厂家提供了完整的文档和专门设备，派出专家指导生产的结果，如果从头开发一款发动机，难度必然更大。
航空发动机研发难是因为研发的产业链特别长，需要多学科、多领域的前置研究作为基础，而且把多个领域的技术组合起来，工艺和管理也同样重要。就算各方面条件都具备了，高层决策团队如果缺乏研发经验，也会事倍功半。
还是分析前面提到的英国斯贝发动机项目。很多当事人都回忆，引进的斯贝发动机和国产的涡扇6项目先是恶性竞争，后来又几乎是同时下马。等了十几年以后，空军无论如何都要装备下一代国产飞机了，还是没有任何一款国产的发动机能够满足需要，被迫重启仿造计划，这就是航空产业的总体规划管理出了大问题。
如果说管理是软件，那工艺和设计就是硬件。中国航空产业起家的时候，测绘仿制曾经是主要的学习方式，快速进入了喷气式飞机时代。但是测绘仿造带来一个副作用，很多工程师和管理者以为只有设计才有科技含量，但是航空发动机这样的高精尖产品，工艺的含金量有时候比设计本身更高。
在斯贝发动机的国产化项目中，全套设计图和说明文档都是现成的，生产线设备也配齐了，但是产品长期不合格，每次检查问题都是不能按照工艺规范执行操作。其实到了90年代末，斯贝的技术本身已经落后了，但是执行制造工艺仍然是中国航空产业的一次全面考验。2010年的时候有一篇表扬模范人物的报道就提到了斯贝发动机的国产化过程，因为一些看似细枝末节的工艺没有吃透，产品不断遇到大麻烦。这说明工艺的提高和技术一样重要。
仿造发动机的时代已经结束了，中国接下来必然也要自己开发航空发动机，除了工艺和管理还有哪些障碍呢？
之前我们走了那么多弯路，该掉的坑已经掉的差不多了，接下来就是砸钱。到现在为止，在发动机研发流程中寻找和解决问题的最好办法还是直接试车试验。美国、西欧、前苏联他们之所以技术积累多，不是因为走了任何捷径，而是因为有钱用最笨的办法，也就是试错。如果理论上无法确定最佳方案，就多造几台原型机，向所有方向同时试验一下。
咱们中国过去没钱，十三五研发专项启动之前，国内发动机研发每个阶段往往只有一两台的原型机，要检验分系统只能一个个轮着来，一台原型机出了问题，所有的分项都要放慢进度。
俄国的NK-32-02发动机拖了那么多年，核心原因也是没有钱去做原型机，还是要指望考古发现一些基础资料。现在中国有钱了，也知道怎么干了，就算没有遗产，也一定比俄罗斯开发更快。相信中国的大飞机不会到了2050年还继续去用冷战技术。
最后给大家分享几条简讯，首先还是关于俄罗斯的一条信息。
俄国全民免疫
根据俄新社的统计，截止到1月4日，俄罗斯已经有24个省级单位的长官确认感染了新冠肺炎，而俄罗斯总共也只有85个省级联邦单位。这说明俄罗斯高级官员的感染率已经达到了32%，我们必须把俄罗斯看作一个已经全民感染群体免疫的国家，疫苗对他们已经不太重要了。
最近天气冷，俄罗斯天气尤其冷，适合新冠病毒生存。河北这次大规模输入，基本已经断定是俄罗斯的病毒输入。所以不管美国的新闻多热闹，我们首先还是要关注这个北方陆地邻国。
航甬运河跑船家庭
去年12月25日第212期睡前消息节目，我们介绍浙江省重建内河航运，提到了多年后终于全线畅通的航甬运河。1月4日中国网记者跟着一个跑船的家庭，坐上一艘500吨的船，体验了航甬运河的交通。这个船长夫妻合作年收入20多万，带着二女儿也学驾驶跑船，这是一个和大货车司机相似又有所区别的家庭，有兴趣的观众可以去看一看报道的全文。
穿睡前消息同款T恤考上云南大学
216期睡前消息节目年终新闻盘点，我分享了一张照片，一位观众穿着睡前消息同款的T恤走出了高考考场，B站评论区有一位观众自称是这个小伙子，说自己复读了，后来真正的考生给我们公号发私信，说被人冒充了，自己已经在云南读大学，还发了一张很帅的照片，这里我替他澄清一下。
好，221期睡前消息到此结束，感谢各位收看，睡前消息节目每周二、周五、周日在各个视频平台更新，微信公号上的“睡前消息编辑部”每日提供最新资讯列表，欢迎大家关注我们。周二再见。
