高溫氣冷堆技術是什么?如何確保核電反應安全性?一文了解

　　12月6日，我國具有完全自主知識產權的國家重大科技專項、全球首座第四代核電站在山東榮成正式投入商業運行，標志著我國在第四代核電技術研發和應用領域達到世界領先水平。高溫氣冷堆技術是最新一代的核電技術。

　　什么是高溫氣冷堆?

　　高溫氣冷堆，包括“高溫”“氣冷”兩個關鍵詞。“高溫”是指反應堆堆芯采用石墨等耐高溫材料，使得堆芯出口溫度可以達到其他堆型難以企及的高度，讓它不僅能高效發電，還能利用高溫實現核能綜合利用、一舉多得。“氣冷”是指反應堆采用惰性氣體氦氣進行堆芯冷卻和熱傳導，而非傳統壓水堆核電站的“水冷”方式，氦氣在高溫下不容易與反應堆其他物質發生反應，因此叫做“高溫氣冷堆”。

　　高溫氣冷堆：“天生”安全的核反應堆

　　安全性是核能發展的生命線，高溫氣冷堆作為第四代核能技術的先進堆型，它具有“天生”的固有安全性，這樣的安全性從何而來?

　　高溫氣冷堆被稱作“不會熔毀的反應堆”，它所具備的安全性是從設計原理階段就實現了的固有安全性。

　　固有安全性=不外泄 不失控 不熔毀

　　清華大學核能與新能源技術研究院院長 張作義：固有安全反應堆按照定義就是在任何事故和自然災害條件下，不依靠人為的干預，也不依靠外加動力，反應堆按照自然規律能夠自然冷卻，堆芯不會熔化。

　　固有安全性法寶一：四層耐高溫“盔甲”

　　眼前這個拳頭大小的黑色圓球，就是高溫氣冷堆的燃料球。

　　華能石島灣高溫氣冷堆示范工程調試人員 王銳：它最外面一層是石墨，里面有大概這樣12000個燃料顆粒，每個燃料顆粒里都有這個用于發生核裂變反應、釋放能量的核燃料。與其他燃料不同，這里的核燃料被四層耐高溫的陶瓷“盔甲”層層包裹，可有效防止放射性物質外泄。

　　固有安全性法寶二：“搭積木”而成的核電站

　　高溫氣冷堆示范工程采用模塊化設計制造，由兩座模塊化反應堆組合而成，每一個模塊都是一座可以獨立運行的小反應堆，能隨時連續地裝卸核燃料。

　　邁進高溫氣冷堆調試的“無人區”

　　高溫氣冷堆技術在國際上開展了大量的研究和設計工作，但是一直沒有成功建成商業電站。高溫氣冷堆示范工程從2020年7月全面進入調試階段到今天正式投產，在機組調試運行上闖過重重關卡，邁進世界核電技術的“無人區”。

　　核電站的調試工作相當于給機組“排雷”，對于擁有2200多個首臺套設備的高溫氣冷堆示范工程來說，毫無經驗可循，難度極大。在石島灣核電站，這里擁有世界上最大、最重的核電壓力容器，它是用來包裹堆芯和氦氣的大金屬罐，氦氣分子小、易泄漏，因此調試的首要任務是驗證壓力容器的密封性。

　　華能石島灣高溫氣冷堆示范工程調試人員 王銳：這可以說是罕見的大體積、高氣壓試驗，潛在風險高，我們要對壓力容器上100多個可能漏氣的風險點開展監測，同時控制它的溫度，避免設備損壞。

　　經過近30個月的調試工作，工程人員累計完成700多項調試試驗，研發了針對高溫氣冷堆特有的調試運行六大關鍵核心技術，成功驗證了高溫氣冷堆的固有安全性和持續運行能力等，實現了機組的安全穩定運行。