12月6日，我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國家重大科技專項(xiàng)、全球首座第四代核電站在山東榮成正式投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著我國在第四代核電技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。高溫氣冷堆技術(shù)是最新一代的核電技術(shù)。
什么是高溫氣冷堆?
高溫氣冷堆，包括“高溫”“氣冷”兩個(gè)關(guān)鍵詞。“高溫”是指反應(yīng)堆堆芯采用石墨等耐高溫材料，使得堆芯出口溫度可以達(dá)到其他堆型難以企及的高度，讓它不僅能高效發(fā)電，還能利用高溫實(shí)現(xiàn)核能綜合利用、一舉多得。“氣冷”是指反應(yīng)堆采用惰性氣體氦氣進(jìn)行堆芯冷卻和熱傳導(dǎo)，而非傳統(tǒng)壓水堆核電站的“水冷”方式，氦氣在高溫下不容易與反應(yīng)堆其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此叫做“高溫氣冷堆”。
高溫氣冷堆：“天生”安全的核反應(yīng)堆
安全性是核能發(fā)展的生命線，高溫氣冷堆作為第四代核能技術(shù)的先進(jìn)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(yīng)堆”，它所具備的安全性是從設(shè)計(jì)原理階段就實(shí)現(xiàn)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(xué)核能與新能源技術(shù)研究院院長 張作義：固有安全反應(yīng)堆按照定義就是在任何事故和自然災(zāi)害條件下，不依靠人為的干預(yù)，也不依靠外加動力，反應(yīng)堆按照自然規(guī)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(gè)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(diào)試人員 王銳：它最外面一層是石墨，里面有大概這樣12000個(gè)燃料顆粒，每個(gè)燃料顆粒里都有這個(gè)用于發(fā)生核裂變反應(yīng)、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(zhì)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(shè)計(jì)制造，由兩座模塊化反應(yīng)堆組合而成，每一個(gè)模塊都是一座可以獨(dú)立運(yùn)行的小反應(yīng)堆，能隨時(shí)連續(xù)地裝卸核燃料。
邁進(jìn)高溫氣冷堆調(diào)試的“無人區(qū)”
高溫氣冷堆技術(shù)在國際上開展了大量的研究和設(shè)計(jì)工作，但是一直沒有成功建成商業(yè)電站。高溫氣冷堆示范工程從2020年7月全面進(jìn)入調(diào)試階段到今天正式投產(chǎn)，在機(jī)組調(diào)試運(yùn)行上闖過重重關(guān)卡，邁進(jìn)世界核電技術(shù)的“無人區(qū)”。
核電站的調(diào)試工作相當(dāng)于給機(jī)組“排雷”，對于擁有2200多個(gè)首臺套設(shè)備的高溫氣冷堆示范工程來說，毫無經(jīng)驗(yàn)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(diào)試的首要任務(wù)是驗(yàn)證壓力容器的密封性。
華能石島灣高溫氣冷堆示范工程調(diào)試人員 王銳：這可以說是罕見的大體積、高氣壓試驗(yàn)，潛在風(fēng)險(xiǎn)高，我們要對壓力容器上100多個(gè)可能漏氣的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開展監(jiān)測，同時(shí)控制它的溫度，避免設(shè)備損壞。
經(jīng)過近30個(gè)月的調(diào)試工作，工程人員累計(jì)完成700多項(xiàng)調(diào)試試驗(yàn)，研發(fā)了針對高溫氣冷堆特有的調(diào)試運(yùn)行六大關(guān)鍵核心技術(shù)，成功驗(yàn)證了高溫氣冷堆的固有安全性和持續(xù)運(yùn)行能力等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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