觸目驚心的美國(guó)三里島事故、日本福島核災(zāi)難，均是由于核反應(yīng)堆的冷卻系統(tǒng)的故障而導(dǎo)致，但在2023年8月，山東石島灣核電站卻進(jìn)行了一次膽大包天的測(cè)試。

8月13日，石島灣核電站全體工作人員屏氣凝神，切斷了核電站的所有冷卻系統(tǒng)電力。只見核電站的反應(yīng)堆毫無波動(dòng)，依然處于滿功率運(yùn)行狀態(tài)，絲毫未受到電力系統(tǒng)的切斷影響。

而這就是全球首座第四代核電站最突出的特點(diǎn)，在搭載以氦氣作為傳熱介質(zhì)的高溫氣冷堆后，這座核電站具有天生安全的屬性，其核反應(yīng)堆幾乎不會(huì)熔毀。它究竟有什么過人之處？高安全性又是如何實(shí)現(xiàn)的？

核反應(yīng)堆問題

山東威海榮成市，三面環(huán)海風(fēng)景宜人，在最南端的沙灘海岸上，有一座具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)家科技重大專項(xiàng)示范工程——華能石島灣高溫氣冷堆核電站。

這是全球第一座四代核電站，也被業(yè)內(nèi)贊譽(yù)為“永不熔毀的核反應(yīng)堆”。在2023年底，這座核電站正式投入商業(yè)運(yùn)行，并開展了一期擴(kuò)建工程。

美國(guó)著名科學(xué)家泰勒曾說過：要讓公眾接受核能，就必須做到反應(yīng)堆的固有安全。而我國(guó)四代核電技術(shù)最突出的特點(diǎn)就是安全二字，要知道人們鉆研核能長(zhǎng)達(dá)百年，在最為主要的安全性上是有著充足的失敗教訓(xùn)。

1979年3月28日凌晨，美國(guó)賓夕法尼亞州的三哩島核電站的二號(hào)反應(yīng)堆在運(yùn)行期間，一臺(tái)冷凝水泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

這絕非是尋常事故，因?yàn)楹穗娬臼峭ㄟ^核裂變釋放大量能量，期間所散發(fā)的熱量會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)堆溫度急劇升高，最終引發(fā)核泄漏，而冷卻系統(tǒng)就是核能發(fā)電最關(guān)鍵的保險(xiǎn)。

冷凝水泵停止工作后，二號(hào)反應(yīng)堆中心熱量瞬間飆升，堆芯壓力直線上升。此時(shí)正常情況下，應(yīng)該還有備用輔助給水泵緩解降溫。但由于備用回路閥門在幾天前被工人不小心關(guān)上了，所以備用輔助水泵也無法出水，最終造成了反應(yīng)堆堆芯和設(shè)備組件都受到了嚴(yán)重?fù)p害。

事故發(fā)生后，總統(tǒng)卡特親自來到三哩島視察，并撥款100萬美元用于事故專項(xiàng)調(diào)查。所幸本次事故未造成人員傷亡，但在善后處置上，美國(guó)政府花費(fèi)10億美元將核反應(yīng)堆燃料運(yùn)至西太平洋一永久儲(chǔ)存地點(diǎn)，損失主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)層面上。

2011年日本福島核電站也是同樣如此，地震造成核電站電力失常，冷卻系統(tǒng)失效，最終導(dǎo)致核反應(yīng)堆容器熔毀。

可以總結(jié)，上述兩起核電站事故均是由于冷卻系統(tǒng)故障引發(fā)的反應(yīng)堆熔毀。可為什么華能石島灣核電站反應(yīng)堆就能被稱為永不熔毀呢？答案就在高溫氣冷堆這項(xiàng)核電技術(shù)上。

核電技術(shù)歷經(jīng)七十余年發(fā)展，大致可劃分為四代，其中四代核電技術(shù)又分別包括高溫氣冷堆、超臨界水堆、氣冷快堆、鉛冷快堆、鈉冷快堆、熔鹽堆共計(jì)六種堆型。高溫氣冷堆則是其中安全性最高的核電堆型。

傳統(tǒng)加壓水慢化冷卻反應(yīng)堆（壓水堆）是以普通水作為冷卻劑和慢化劑，但三哩島事故、切爾諾貝利事故、福島事故為這項(xiàng)技術(shù)蒙上了一層陰霾，讓熔堆成為了壓水堆揮之不去的噩夢(mèng)。而高溫氣冷堆則是指堆內(nèi)核材料與其余材料統(tǒng)一采用耐高溫材料，讓高溫氣冷堆工作溫度和冷卻劑堆芯出口溫度能達(dá)到900~1000℃。

至于其中的氣冷二字，則是采用氦氣作為介質(zhì)。氦氣沸點(diǎn)為-268.93℃，且常壓下始終處于氣態(tài)，能被加熱到更高溫度。

華能山東石島灣核電站相關(guān)工作人員用四不怕來概括核電站的安全性，即不怕沒水、不怕斷電、不怕沒氣、不怕沒人。也就是說，哪怕華能山東石島灣核電站遭遇了突發(fā)自然災(zāi)害，一切操作系統(tǒng)都頃刻間失靈，這里面的核反應(yīng)堆依然能自主恢復(fù)到安全狀態(tài)。

絕對(duì)安全性

為了確保高溫氣冷堆的絕對(duì)安全性，國(guó)家科研人員設(shè)立了整整三大防線。第一道防線是耐高溫盔甲，這是一個(gè)直徑6cm的黑色球形燃料元件，元件里面一共有4層防護(hù)包裹著最內(nèi)層的核燃料，每一層防護(hù)都是由5毫米的石墨和1.2萬顆燃料顆粒組成，最高可承受1620℃高溫。

第二道防線是氦氣，作為惰性永久氣體，氦氣不會(huì)和任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，中子吸收截面小，具有極低的放射性水平。用氦氣作為冷卻劑，能有效確保堆內(nèi)環(huán)境的安全性。

第三道防線是非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)，通過熱傳導(dǎo)、熱輻射等自然機(jī)制的非能動(dòng)方式，堆芯能將熱量迅速釋放到大氣環(huán)境中，避免過熱導(dǎo)致熔毀。在多層防護(hù)之下，我國(guó)最終在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了商業(yè)核電站的固有安全。

上世紀(jì)八十年代，中科院王大中院士率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展核能研發(fā)。同期國(guó)家863計(jì)劃將高溫氣冷堆列為國(guó)家發(fā)展先進(jìn)堆型之一，在國(guó)家政策的鼓勵(lì)下，研究團(tuán)隊(duì)接連突破了球形燃料元件、球床流動(dòng)特性等多個(gè)核心技術(shù)，于2000年正式建立了10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。

03年我國(guó)的高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆實(shí)現(xiàn)了72小時(shí)滿功率連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，三年后該技術(shù)被列為國(guó)家科技重大專項(xiàng)，由清華核研院院長(zhǎng)張作義擔(dān)任專項(xiàng)技術(shù)總師開展長(zhǎng)期攻關(guān)。

2012年底中核集團(tuán)、清華大學(xué)和中國(guó)華能集團(tuán)聯(lián)合組建團(tuán)隊(duì)，共同建設(shè)華能石島灣高溫氣冷堆核電站。他們一路過關(guān)斬將，完成了業(yè)界最大反應(yīng)堆壓力容器吊裝、攻克燃料裝卸系統(tǒng)復(fù)雜管理安裝技術(shù)。共同承擔(dān)89項(xiàng)重大專項(xiàng)課題，完成數(shù)千個(gè)技術(shù)攻關(guān)...

2023年12月6日華能石島灣高溫氣冷堆核電站正式投入商業(yè)運(yùn)行，93.4%的國(guó)產(chǎn)化率更是彰顯了中國(guó)核能領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高溫氣冷堆每個(gè)供暖季能替代3700噸燃煤，減少6700噸二氧化碳排放。

去年7月，華能石島灣高溫氣冷堆核電站一期擴(kuò)建工程正式動(dòng)工。一期工程的兩臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)每年發(fā)電量將高達(dá)200億千瓦時(shí)，能額外增加覆蓋面積超過2000萬平方米，惠及60萬人口，進(jìn)一步提升中國(guó)核電裝備制造和建設(shè)運(yùn)維能力。

根據(jù)公開信息顯示，截止4月23日我國(guó)大陸核電組裝機(jī)總?cè)萘繛?.13億千瓦，規(guī)模之大高居全球第一。

雖然中國(guó)核電事業(yè)起步很晚，造上世紀(jì)七十年代才開始核電站的最初試驗(yàn)研究，但我國(guó)很好的汲取了國(guó)際先進(jìn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，先后研制出AP1000、EPR、華龍一號(hào)、國(guó)和一號(hào)等先進(jìn)核電機(jī)組設(shè)計(jì)，未來中國(guó)核電必將繼續(xù)引領(lǐng)全球風(fēng)尚。