大型先進壓水堆為何物？

大型先進壓水堆

LARGE-SCALE ADVANCED PRESSURIZED WATER REACTOR

如果你對核電站有些了解，那一定聽說過「切爾諾貝利」這個名字。它是蘇聯時期在烏克蘭境內修建的第一座核電站，曾經被認為是最安全、最可靠的核電站。然而1986年的一聲巨響徹底打破了這一神話。切爾諾貝利核事故被稱作「歷史上最嚴重的核電事故」，普里皮亞季城因此被廢棄。距離今天最近的一個核電事故是2011年的福島核泄漏事故，當年竟然引發中國多地出現「搶鹽風波」。可見核電站對安全可靠的技術有十分迫切的需求。大型先進壓水堆技術就是核電站中很關鍵的一項技術。

水是我們日常生活中非常熟悉的物質之一，生活中常用的水是輕水，還有一個比它密度稍微大一點的孿生兄弟——重水。壓水堆指使用加壓的輕水（普通水）作為冷卻劑和慢化劑，保證水在堆內不沸騰的核反應堆，反應堆燃料為低濃鈾。根據發電功率的大小，壓水堆可以分為大、中、小三類。發電功率大於600兆瓦的壓水堆為大型壓水堆，發電功率在300兆～600兆瓦的壓水堆為中型壓水堆，發電功率小於300兆瓦的壓水堆為小型壓水堆。

壓水堆使用一迴路產生熱量，在堆芯內氣壓可達到10兆～20兆帕，這樣的高壓強使得冷卻水沸點升高，儘管溫度達到300℃也不會汽化。你可能會問：水在100℃的時候不就沸騰了嗎？事實上水的沸點是隨著氣壓的變化而變化的，氣壓越高，水的沸點越高，高壓鍋就是利用這個原理，煮出來的食物熟得更透。當一迴路中帶有熱量的冷卻水到達蒸汽發生器時，熱量會通過傳熱管傳給二迴路中的冷卻水，使二迴路的水沸騰，產生的蒸汽帶動汽輪機，從而發電。一迴路的冷卻水放熱完畢，繼續返回堆芯內，以避免堆芯熔化，發生核泄漏。

大型先進壓水堆核電站作為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020）》確定的國家科技重大專項子項，是我國建設創新型國家的標誌性工程之一。核能是未來能源結構中不可或缺的一環，而安全可靠的核電技術則是核能造福人類的保障。

高溫氣冷堆核電

HIGH-TEMPERATURE GAS-COOLED REACTOR

1905年，愛因斯坦在狹義相對論中提出了著名的質能方程——E=mc2，其中E代表物質的能量，m為物質的質量，c為光速，人們從這個方程中看到了物質中蘊含的巨大能量，核能的利用也拉開了序幕。核能可以是魔鬼，用它製造的大型殺傷性武器可以讓一個本是鳥語花香的地方瞬間變為人間地獄；核能也可以是天使，核能是清潔能源，為人類生產生活提供能量。今天我們介紹它作為天使的一面——高溫氣冷堆核電。

高溫氣冷堆核電是一種利用核能發電的方式。核電站運行中，用來觸發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。根據慢化劑和冷卻劑的不同，核電站可被劃分為不同堆型。

高溫氣冷堆採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，是國際核能界公認的具有良好安全特性的堆型。鈾燃料被做成小顆粒，每個顆粒外包覆一層低密度碳、兩層高密度碳和一層碳化硅，形成直徑小於1毫米的包覆顆粒。包覆顆粒均勻彌散在石墨慢化材料中，製造成直徑為6厘米的球形燃料元件。發生核反應時，包覆層可以將包覆顆粒中產生的裂變產物充分地阻留在顆粒內。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範工程只有20萬千瓦。但由於其突出的固有安全性，加上發電高效、用途廣泛等特點，高溫氣冷堆被列入未來第四代核能系統技術的六個候選堆型之一。

2006年，高溫氣冷堆核電被列為國家科技重大專項，國家大力發展高溫氣冷堆核電的建設，並與其他國家建立良好合作。在國內，中國核工業建設集團公司已在福建、廣東、江西、湖南等多地開展了60萬千瓦高溫氣冷堆項目前期工作。海外市場方面，中國核工業建設集團公司與沙特、阿聯酋、南非等國家和地區簽訂了高溫氣冷堆項目合作諒解備忘錄。相信經過堅持不懈的努力與發展，核能必將成為人類未來能源計劃中不可或缺的一環，屆時將展露其天使的笑顏。

海上核動力平台

OFFSHORE NUCLEAR POWER PLATFORM

1945年8月，美軍在日本的廣島和長崎分別投下原子彈，給兩個城市造成了毀滅性的打擊，幾乎將其夷為平地，這是核能第一次在世人面前展示自己的威力。自此，核能令人聞風喪膽。然而，科技的進步使得核能這柄威力無窮的雙刃劍越來越展現出它對人類有利的一面，海上核動力平台就是對此的很好詮釋。

船舶在大海上航行，為了抵禦風浪，需要有強大的動力。然而船舶能夠攜帶的燃料畢竟有限，傳統能源已經不能滿足其遠航的要求，如果有一個移動的小型核電站，問題便可迎刃而解，這個核電站就是海上核動力平台。核動力是利用可控核反應來獲取能量而得到的動力。這種動力非常強大和持久，使得其他動力在其面前都會黯然失色。海上核動力平台是小型核反應堆與船舶工程有機結合的產物。

海上核動力平台是世界各國的研發熱點，俄羅斯在此領域率先拔得頭籌，他們的「羅蒙諾索夫號」KLT-40S是目前國際上開發進展最快的海上浮動核電站，即將建成投入運行。中國、韓國、美國、法國等也不甘落後，紛紛提出了先進的海上浮動核電站概念。

隨著我國海洋強國戰略的實施，海洋資源開發能力、經濟發展、生態環境保護等需要強有力的能源支撐。核能可為海上油氣田開採、海島綜合開發、偏遠地區等供電供熱，還可滿足海水淡化、核能製冷等多元化需求，應用前景廣闊。我國的海上核動力平台建設在國家的支持下有條不紊地進行著。2016年11月4日，中國廣核集團有限公司海上小型反應堆ACPR50S實驗堆正式啟動建設。ACPR50S採用緊湊型小型壓水堆技術，反應堆熱功率為200兆瓦，輸出電功率60兆瓦左右。

海上核動力平台是解決遠海能源供給的唯一途徑，平台戰略意義巨大，已被納入中國能源科技創新「十三五」規劃。利用海上的小核電站，在茫茫大海中航行的船舶再也不會遭遇走到一半沒油的尷尬局面了。

來源：中核智庫

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