冷却堆断了也能动，堪称永不熔毁！中国第四代核电到底有多牛？

触目惊心的美国三里岛事故、日本福岛核灾难，均是由于核反应堆的冷却系统的故障而导致，但在2023年8月，山东石岛湾核电站却进行了一次胆大包天的测试。

8月13日，石岛湾核电站全体工作人员屏气凝神，切断了核电站的所有冷却系统电力。只见核电站的反应堆毫无波动，依然处于满功率运行状态，丝毫未受到电力系统的切断影响。

而这就是全球首座第四代核电站最突出的特点，在搭载以氦气作为传热介质的高温气冷堆后，这座核电站具有天生安全的属性，其核反应堆几乎不会熔毁。它究竟有什么过人之处？高安全性又是如何实现的？

核反应堆问题

山东威海荣成市，三面环海风景宜人，在最南端的沙滩海岸上，有一座具有完全自主知识产权的国家科技重大专项示范工程——华能石岛湾高温气冷堆核电站。

这是全球第一座四代核电站，也被业内赞誉为“永不熔毁的核反应堆”。在2023年底，这座核电站正式投入商业运行，并开展了一期扩建工程。

美国著名科学家泰勒曾说过：要让公众接受核能，就必须做到反应堆的固有安全。而我国四代核电技术最突出的特点就是安全二字，要知道人们钻研核能长达百年，在最为主要的安全性上是有着充足的失败教训。

1979年3月28日凌晨，美国宾夕法尼亚州的三哩岛核电站的二号反应堆在运行期间，一台冷凝水泵突然停止运转。

这绝非是寻常事故，因为核电站是通过核裂变释放大量能量，期间所散发的热量会导致反应堆温度急剧升高，最终引发核泄漏，而冷却系统就是核能发电最关键的保险。

冷凝水泵停止工作后，二号反应堆中心热量瞬间飙升，堆芯压力直线上升。此时正常情况下，应该还有备用辅助给水泵缓解降温。但由于备用回路阀门在几天前被工人不小心关上了，所以备用辅助水泵也无法出水，最终造成了反应堆堆芯和设备组件都受到了严重损害。

事故发生后，总统卡特亲自来到三哩岛视察，并拨款100万美元用于事故专项调查。所幸本次事故未造成人员伤亡，但在善后处置上，美国政府花费10亿美元将核反应堆燃料运至西太平洋一永久储存地点，损失主要体现在经济层面上。

2011年日本福岛核电站也是同样如此，地震造成核电站电力失常，冷却系统失效，最终导致核反应堆容器熔毁。

可以总结，上述两起核电站事故均是由于冷却系统故障引发的反应堆熔毁。可为什么华能石岛湾核电站反应堆就能被称为永不熔毁呢？答案就在高温气冷堆这项核电技术上。

核电技术历经七十余年发展，大致可划分为四代，其中四代核电技术又分别包括高温气冷堆、超临界水堆、气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆共计六种堆型。高温气冷堆则是其中安全性最高的核电堆型。

传统加压水慢化冷却反应堆（压水堆）是以普通水作为冷却剂和慢化剂，但三哩岛事故、切尔诺贝利事故、福岛事故为这项技术蒙上了一层阴霾，让熔堆成为了压水堆挥之不去的噩梦。而高温气冷堆则是指堆内核材料与其余材料统一采用耐高温材料，让高温气冷堆工作温度和冷却剂堆芯出口温度能达到900~1000℃。

至于其中的气冷二字，则是采用氦气作为介质。氦气沸点为-268.93℃，且常压下始终处于气态，能被加热到更高温度。

华能山东石岛湾核电站相关工作人员用四不怕来概括核电站的安全性，即不怕没水、不怕断电、不怕没气、不怕没人。也就是说，哪怕华能山东石岛湾核电站遭遇了突发自然灾害，一切操作系统都顷刻间失灵，这里面的核反应堆依然能自主恢复到安全状态。

绝对安全性

为了确保高温气冷堆的绝对安全性，国家科研人员设立了整整三大防线。第一道防线是耐高温盔甲，这是一个直径6cm的黑色球形燃料元件，元件里面一共有4层防护包裹着最内层的核燃料，每一层防护都是由5毫米的石墨和1.2万颗燃料颗粒组成，最高可承受1620℃高温。

第二道防线是氦气，作为惰性永久气体，氦气不会和任何物质发生化学反应，中子吸收截面小，具有极低的放射性水平。用氦气作为冷却剂，能有效确保堆内环境的安全性。

第三道防线是非能动的余热排出系统，通过热传导、热辐射等自然机制的非能动方式，堆芯能将热量迅速释放到大气环境中，避免过热导致熔毁。在多层防护之下，我国最终在全球范围内首次实现了商业核电站的固有安全。

上世纪八十年代，中科院王大中院士率领团队开展核能研发。同期国家863计划将高温气冷堆列为国家发展先进堆型之一，在国家政策的鼓励下，研究团队接连突破了球形燃料元件、球床流动特性等多个核心技术，于2000年正式建立了10兆瓦高温气冷实验堆。

03年我国的高温气冷实验堆实现了72小时满功率连续运转，三年后该技术被列为国家科技重大专项，由清华核研院院长张作义担任专项技术总师开展长期攻关。

2012年底中核集团、清华大学和中国华能集团联合组建团队，共同建设华能石岛湾高温气冷堆核电站。他们一路过关斩将，完成了业界最大反应堆压力容器吊装、攻克燃料装卸系统复杂管理安装技术。共同承担89项重大专项课题，完成数千个技术攻关...

2023年12月6日华能石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商业运行，93.4%的国产化率更是彰显了中国核能领域的领先水平。据统计，高温气冷堆每个供暖季能替代3700吨燃煤，减少6700吨二氧化碳排放。

去年7月，华能石岛湾高温气冷堆核电站一期扩建工程正式动工。一期工程的两台机组投产后，预计每年发电量将高达200亿千瓦时，能额外增加覆盖面积超过2000万平方米，惠及60万人口，进一步提升中国核电装备制造和建设运维能力。

根据公开信息显示，截止4月23日我国大陆核电组装机总容量为1.13亿千瓦，规模之大高居全球第一。

虽然中国核电事业起步很晚，造上世纪七十年代才开始核电站的最初试验研究，但我国很好的汲取了国际先进实践经验，先后研制出AP1000、EPR、华龙一号、国和一号等先进核电机组设计，未来中国核电必将继续引领全球风尚。