具有中國自主知識產權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)建設集團公司(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，反應堆壓力容器成功吊裝就位。

此次吊裝完成的反應堆壓力容器作為核島一回路核心設備，高27.5米、凈重594噸，是目前世界上尺寸最大、重量最重的反應堆壓力容器，同時也是高溫堆氣冷核電站單體重量最大的設備。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備安裝工作奠定了基礎，同時也加快了高溫氣冷堆核電技術成功走向世界的步伐。

與動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，高溫氣冷堆被列入未來第四代核能系統(tǒng)技術的6個候選堆型之一。高溫氣冷堆是目前世界最安全的核反應堆型之一，2006年就被列為國家科技重大專項。

反應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：任何情況下不會發(fā)生堆芯融化和大量放射性釋放事故

科技日報曾報道了1994年發(fā)生在清華大學核研院的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堆冷卻劑循環(huán)風機停止工作，立刻反應堆向外傳輸熱量的能力喪失了。要知道，核反應堆在停堆之后還會繼續(xù)產生熱量，而不是像鍋爐熄火后便不再產生熱量。這個熱如果不加以冷卻，反應堆就可能發(fā)生堆芯熔化、放射性外泄的嚴重事故，這也是核安全的最主要的技術挑戰(zhàn)。循環(huán)風機剛一停止工作，報警聲便剌耳地響起，中外賓客瞪大眼睛盯住顯示屏上的變化，只見正常運行的曲線急劇下降，反應堆的熱功率由3000多千瓦降為幾百千瓦，最后反應堆發(fā)熱維持在正常運行時的1.5%左右。這表明熱量通過反應堆壓力殼的表面自動散發(fā)到周圍環(huán)境中，而不需要任何附加的冷卻系統(tǒng)。

這項實驗展示了模塊式高溫氣冷堆的一個最重要特性：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器的干預，反應堆能保持安全狀態(tài)。中國已經(jīng)掌握了這項技術。

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。核電運行中，用來觸發(fā)核燃料鏈式反應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)設計生產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1.2萬個微小的包覆燃料顆粒;每個小顆粒直徑不到1毫米，有熱解碳層、碳化硅層等多層包覆，保護著二氧化鈾燃料核芯。這種層層包覆的技術和工藝，可使燃料球內的放射性物質無論如何不會傷害公眾健康。

球形燃料元件圖

堆芯圖片

國家科技重大專項的核心目標，就是要以清華10兆瓦高溫氣冷實驗堆為基礎，攻克工業(yè)放大和工程實驗驗證、高性能燃料元件批量制備等技術，建成具有自主知識產權的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。按照此前的進度計劃，示范工程將在2017年底建成發(fā)電。