“華龍一號”是走向世界的中國名片

李曼

小小一粒原子核，卻蘊(yùn)藏著巨大的能量，利用好了是造福人類的希望之光，用不好就會成為行走在人間的惡魔。

9月4日，“華龍一號”全球首堆中核集團(tuán)福清核電5號機(jī)組開始進(jìn)行首爐核燃料裝載，展示著我國的核電技術(shù)如火如荼的新進(jìn)程。

上世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)就建立了第一座裝機(jī)容量為 5兆瓦（電）的奧布寧斯克核電站。1991年，全世界近30個(gè)國家和地區(qū)建成的核電機(jī)組有423套。此時(shí)我國核電工程才剛剛啟程，各方面技術(shù)都相對落后，處處受制于人，直至“華龍一號”的橫空出世，才改變了局面。“華龍一號”百萬千瓦級壓水堆核電技術(shù)是由我國自主研發(fā)的三代核電技術(shù)，也是當(dāng)今世界核電領(lǐng)域最為先進(jìn)的核電技術(shù)之一，與高鐵齊名，一起被稱為走向世界的中國名片。

安全問題是核電站的立足之本，“華龍一號”有三大法寶佐之成龍。

獨(dú)一無二的“177堆芯”設(shè)計(jì)

“177堆芯”是“華龍一號”的一大核心技術(shù)，世界上的核電站大多采用“121堆芯”與“157堆芯”技術(shù)，“華龍一號”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上沿承了前輩們提出的“177堆芯”設(shè)計(jì)，也是中國核反應(yīng)堆獨(dú)有的中國芯。這樣的設(shè)計(jì)變化可以將核電組的發(fā)電功率提高5%到10%，不僅降低了堆芯的密度，還增加了堆芯的安全裕量。

“177堆芯”由177組燃料組件組成，每個(gè)組件呈17×17方形排列，包含264根燃料棒，24根可放置控制棒、可燃毒物棒或中子源的導(dǎo)向管，還有1根測量管。燃料芯塊的外圍包裹著鋯合金包殼，可以將核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)有效的密封在其中，并且每一根材料要按照預(yù)先設(shè)定好的位置逐個(gè)放入固定架之中，每個(gè)位置都是經(jīng)過嚴(yán)密的考量得來，十分講究。

固體可燃毒物的加入，不僅可以展平功率分布，而且可以降低堆芯硼濃度以確保慢化劑溫度系數(shù)為負(fù)，這樣一來，精心排兵布陣后的堆芯就具備負(fù)反饋效應(yīng)。堆芯還配置了測量系統(tǒng)，對于堆芯的功率分布實(shí)施在線連續(xù)監(jiān)測，為“華龍一號”反應(yīng)堆提供較好的運(yùn)行機(jī)動性，滿足電網(wǎng)日益增長的負(fù)荷變化需求。

另外，堆芯采用了低泄漏裝載模式，可以減少中子的泄漏，從而提高核電的經(jīng)濟(jì)性。

能動與非能動安全系統(tǒng)

“華龍一號”的另一個(gè)核心特征就是采用了能動與非能動安全系統(tǒng)，其中包括四套設(shè)施，高效可靠，能夠保障72小時(shí)內(nèi)不需要外部的干預(yù)也能確保反應(yīng)堆的安全。

第一套，輔助給水系統(tǒng)和非能動二次側(cè)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)。輔助給水系統(tǒng)的主要功能是正常給水系統(tǒng)的備用方案，在給水系統(tǒng)無法正常工作時(shí)，輔助給水系統(tǒng)會向蒸汽發(fā)生器供水。

蒸汽發(fā)生器是核電的關(guān)鍵設(shè)備，就像是核反應(yīng)堆的肺部，堆芯產(chǎn)生的高溫高放射性水留在發(fā)生器內(nèi)部，并且散發(fā)熱量將外部的水加熱變?yōu)檎羝?，進(jìn)而完成發(fā)電。“華龍一號”的蒸汽發(fā)生器由我國自主設(shè)計(jì)研發(fā)而成，是中國核電制造實(shí)力的生動體現(xiàn)?！?號機(jī)組蒸汽發(fā)生器研發(fā)僅用時(shí)27個(gè)月，這在國際核電制造領(lǐng)域是前所未有的國際速度。”福清核電5號機(jī)組調(diào)試協(xié)調(diào)工程師宋雨蒙說。

非能動二次側(cè)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)用于發(fā)生全廠失電且輔助給水系統(tǒng)汽動泵失效情況下，通過蒸汽發(fā)生器導(dǎo)出堆芯余熱和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)備儲熱，可在72 小時(shí)內(nèi)將反應(yīng)堆維持在安全狀態(tài)。

第二套，安全殼噴淋系統(tǒng)和非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)。安全殼噴淋系統(tǒng)用于回路失去冷卻劑或蒸汽管道破裂情況下，使安全殼的溫度和壓力能夠保持在可承受的值。非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)是連接在安全殼內(nèi)的換熱器與安全殼外的換熱水箱，可在事故之后保證排除安全殼內(nèi)的水汽混合物。

第三套，能動和非能動的堆腔注水系統(tǒng)。堆腔注水系統(tǒng)用于在嚴(yán)重事故情況下防止壓力容器下封頭熔穿，避免放射性物質(zhì)泄漏，能動部分接有應(yīng)急冷卻水口;非能動部分可以通過蒸發(fā)換熱方式冷卻壓力容器。

第四套，能動和非能動的安注系統(tǒng)。安注功能由2臺中壓安注泵和2臺低壓安注泵實(shí)現(xiàn)，中壓安注泵與低壓安注泵獨(dú)立，不需低壓安注泵進(jìn)行增壓。在非能動功能上，設(shè)置3臺中壓安注箱，用于在事故后以非能動方式快速向堆芯注入大量含硼水，防止堆芯裸露，以保證堆芯的完整性。

雙層安全殼實(shí)現(xiàn)金剛不壞之身

核能源是一種低成本，高效率，不污染大氣的新能源，然而俄羅斯的切爾諾貝利事件、日本的福島事件，使得核電站的建設(shè)一度被詬病，許多人認(rèn)為核能開發(fā)弊大于利，一時(shí)間核能源開發(fā)的腳步緩慢下來。隨著石油、煤炭等自然資源的大量消耗，我們的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)千瘡百孔，核能源的開發(fā)必然要提上日程。在保障安全開發(fā)的前提下，核能源依舊是未來最有希望代替石化燃料的新型發(fā)電資源。

“華龍一號”的總設(shè)計(jì)師邢繼說：“在核電站建設(shè)投資上，一半的投資不是用來發(fā)電，而是用來保證核能安全。”

“177堆芯”技術(shù)，能動與非能動系統(tǒng)的應(yīng)用都在為安全保駕護(hù)航，可是僅憑這兩點(diǎn)還不夠。日本的福島核電站采用了安全殼的防護(hù)，但依舊逃不過天災(zāi)的迫害，地震與海嘯的雙重打擊。對此，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)與改造，為“華龍一號”反應(yīng)堆打造了雙層安全殼，穿上了牢不可破的金剛鎧甲。

211個(gè)小時(shí)，歷經(jīng)9天的時(shí)間，通過預(yù)試驗(yàn)、升壓、聽音檢查、13個(gè)試驗(yàn)壓力平臺、強(qiáng)度試驗(yàn)、泄漏率試驗(yàn)、驗(yàn)證試驗(yàn)、降壓八項(xiàng)考核，雙層安全殼順利完成安全性測試，并且一次性成功。

雙層安全殼就灌注在核反應(yīng)堆的外圍，實(shí)現(xiàn)了兩層防護(hù)關(guān)卡，采用的鋼筋強(qiáng)度為四級鋼，內(nèi)層保護(hù)反應(yīng)堆，厚度為1.3米，并且有良好的封閉性，即使反應(yīng)堆發(fā)生意外事故也能確保放射性物質(zhì)不會外漏;外層更是堅(jiān)不可摧，厚度達(dá)到1.5米至1.8米，能抵抗龍卷風(fēng)、海嘯、地震等自然災(zāi)害，甚至能抵抗住飛機(jī)的撞擊。

“華龍一號” 凝聚著幾代核工業(yè)人的夙愿，一共獲得了700余項(xiàng)專利和120余項(xiàng)軟件著作權(quán)。目前，中核集團(tuán)海內(nèi)外共有6臺“華龍一號”核電站在建，真正實(shí)現(xiàn)讓中國核電技術(shù)走出國門，并且成為國際舞臺上的一張絢麗名片。

（圖片來源：圖蟲，張殿元攝）