具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第四代核電商用示范電站正在山東榮成逐漸成型。據(jù)中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司(下稱中國核建)官網(wǎng)消息，3月20日，全球首座具有第四代核能系統(tǒng)安全特征的20萬千瓦高溫氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程，反應(yīng)堆壓力容器成功吊裝就位。

此次吊裝完成的反應(yīng)堆壓力容器作為核島一回路核心設(shè)備，高27.5米、凈重594噸，是目前世界上尺寸最大、重量最重的反應(yīng)堆壓力容器，同時(shí)也是高溫堆氣冷核電站單體重量最大的設(shè)備。壓力容器的成功吊裝就位，為高溫氣冷堆核電站示范工程主設(shè)備安裝工作奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也加快了高溫氣冷堆核電技術(shù)成功走向世界的步伐。

與動(dòng)輒百萬千瓦級的大型壓水堆相比，高溫氣冷堆核電站示范工程只有20萬千瓦。但由于其突出的固有安全性，加上發(fā)電高效、用途廣泛等特點(diǎn)，高溫氣冷堆被列入未來第四代核能系統(tǒng)技術(shù)的6個(gè)候選堆型之一。高溫氣冷堆是目前世界最安全的核反應(yīng)堆型之一，2006年就被列為國家科技重大專項(xiàng)。

反應(yīng)堆壓力容器成功吊裝就位，圖片來源于中國核建官網(wǎng)，下同

自主四代核電：任何情況下不會(huì)發(fā)生堆芯融化和大量放射性釋放事故

科技日報(bào)曾報(bào)道了1994年發(fā)生在清華大學(xué)核研院的10兆瓦(1兆瓦= 1000千瓦)高溫氣冷堆核安全演示：工作人員通過操作讓核反應(yīng)堆冷卻劑循環(huán)風(fēng)機(jī)停止工作，立刻反應(yīng)堆向外傳輸熱量的能力喪失了。要知道，核反應(yīng)堆在停堆之后還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生熱量，而不是像鍋爐熄火后便不再產(chǎn)生熱量。這個(gè)熱如果不加以冷卻，反應(yīng)堆就可能發(fā)生堆芯熔化、放射性外泄的嚴(yán)重事故，這也是核安全的最主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。循環(huán)風(fēng)機(jī)剛一停止工作，報(bào)警聲便剌耳地響起，中外賓客瞪大眼睛盯住顯示屏上的變化，只見正常運(yùn)行的曲線急劇下降，反應(yīng)堆的熱功率由3000多千瓦降為幾百千瓦，最后反應(yīng)堆發(fā)熱維持在正常運(yùn)行時(shí)的1.5%左右。這表明熱量通過反應(yīng)堆壓力殼的表面自動(dòng)散發(fā)到周圍環(huán)境中，而不需要任何附加的冷卻系統(tǒng)。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)展示了模塊式高溫氣冷堆的一個(gè)最重要特性：在任何事故情況下，包括喪失所有冷卻的情況下，不采取任何人為的和機(jī)器的干預(yù)，反應(yīng)堆能保持安全狀態(tài)。中國已經(jīng)掌握了這項(xiàng)技術(shù)。

根據(jù)慢化劑和冷卻劑的不同，核電站可被劃分為不同堆型。核電運(yùn)行中，用來觸發(fā)核燃料鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的中子的速度一般需要慢化，需要慢化劑(除快堆外);核燃料需要冷卻和傳熱做功，則需要冷卻劑。當(dāng)前更為主流的壓水堆就是以低濃縮鈾為原料，水作為慢化劑和冷卻劑。高溫氣冷堆的工作原理是，采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，以耐高溫的石墨作為慢化劑、以化學(xué)惰性的氦氣作為冷卻劑。

堆芯熔融是核電站可能出現(xiàn)的最為嚴(yán)重的事故工況。三里島、切爾諾貝利、日本福島三起核事故都出現(xiàn)了堆芯熔融。因此，若排除堆芯熔融，核事故的發(fā)生幾率可大大降低。

據(jù)專家介紹，中國自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的球形燃料元件直徑約6厘米，由超高純度的石墨組成，石墨中密布約1.2萬個(gè)微小的包覆燃料顆粒;每個(gè)小顆粒直徑不到1毫米，有熱解碳層、碳化硅層等多層包覆，保護(hù)著二氧化鈾燃料核芯。這種層層包覆的技術(shù)和工藝，可使燃料球內(nèi)的放射性物質(zhì)無論如何不會(huì)傷害公眾健康。

球形燃料元件圖

堆芯圖片

國家科技重大專項(xiàng)的核心目標(biāo)，就是要以清華10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆為基礎(chǔ)，攻克工業(yè)放大和工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、高性能燃料元件批量制備等技術(shù)，建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的20萬千瓦級全球首座球床模塊式高溫氣冷堆商用示范電站。2012年12月，高溫氣冷堆示范工程正式開工建設(shè)。按照此前的進(jìn)度計(jì)劃，示范工程將在2017年底建成發(fā)電。