12月20日，石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电！

“这意味着，反应堆已经可以输出足够的核功率，使主蒸汽参数和流量满足汽轮机带负荷运转，机组可以维持稳定的输出电能，从而能够并入电网，开始正式向外输电。”清华大学相关负责人表示，从这一刻起，从石岛湾核电站发出的电能将由国家统一调度，为千家万户送去日常用电。

未来，石岛湾核电站的满功率运行将带来每年14亿度的发电量，可以为200万居民提供生活用电，减少二氧化碳排放90万吨。核能发电过程中产生的高温蒸汽还能用于热电联产、稠油热采化工、冶金等领域，为“双碳”战略实施和生态环境保护治理贡献更多绿色力量。

1、这是世界上首座“不会熔毁的核反应堆”。

石岛湾核电站采用了先进的高温气冷堆技术，是世界首个球床模块式高温气冷堆示范电站。从核心关键技术研发到清华大学核能与新能源技术研究院的10MW实验堆，再到石岛湾核电站示范工程建设，三代清华核能人、数百位科学家、三十余年磨一剑携手合作伙伴华能集团、中核集团建成了这座世界首个球床模块式高温气冷堆示范电站。

特别值得一提的是，电站建造过程中，5万张图纸，10万页文件，15000多件技术含量高、质量要求严的核岛设备，我国都具有完全自主知识产权，设备制造国产化率高达93.4%。

该工程最大特点之一就是“固有安全性”：即使突发故障或遭遇严重外部事件，如地震不采取任何干预措施，反应堆堆芯也不会熔毁，放射性物质不会大量外泄，从根本上解决了核能安全利用的世界级难题。

据悉，本次并网后，电站还将继续进行不同功率水平下的调试、运行试验和两个反应堆模块联合功率调试，为实现明年满功率并网发电的目标全力以赴。

2、什么是核熔毁，核熔毁是怎么发生的？

核熔毁又称为核能外泄，是种发生于核能反应炉故障时，严重的后遗症。核能外泄所发出的核能辐射虽远比核子武器威力与范围小，但是却相同能造成一定程度的生物伤亡。如离现在最近的2011年福岛第一核电站灾难之类的事件。

事实上，虽然核电站不能产生广岛式的核爆炸，熔毁情况与它一样糟糕。在整个人类的原子时代，已经发生了无数核事故，尽管幸运的是，在民用工厂中仅发生过四次大规模的事件。 第一次发生在1969年的瑞士卢肯斯反应堆。十年后发生了三英里岛事故，随后是1986年的俄罗斯切尔诺贝利灾难和2011年的福岛第一核电站事故。

国际原子能机构（IAEA）将核事件的等级分为零到七级，范围从无安全意义的单纯偏离（0级）到切尔诺贝利等重大事故（对健康和环境造成广泛破坏）发生。

有趣的是，国际原子能机构和美国核监管委员会都没有正式承认“核熔毁”一词，但这是一个引发恐惧的词。

适当控制反应堆内部的热量有助于发电。但是，失控的热量会导致反应堆本身融化，并通过危险的辐射污染周围的环境。

首先，让我们看一下一个基本的燃煤发电厂：我们燃烧煤来产生热量。热量使水沸腾成膨胀的加压蒸汽，然后流向涡轮，涡轮使发电机旋转以产生有价值的电能。

核电站的运行方式类似，只有热量来自反应堆中发生的诱发裂变反应。裂变是指材料的原子稳定分裂为两部分时，释放出大量能量和热量，我们称之为衰减热。可见，铀和其他放射性元素已经在没有任何人工帮助的情况下以非常缓慢的速度自发裂变。在核电厂中，操作员通过用来自先前裂变反应的中子轰击充满铀的燃料棒，人为地刺激或诱发裂变反应。这意味着更多的热量将水烧成蒸汽。

当然，您不希望核反应堆内部的温度升高过高，以免它们损坏反应堆并释放有害辐射。因此，反应堆堆芯内部的冷却剂（通常是水）也可用来缓和核燃料棒的温度。

这就像驾驶汽车：您不想使发动机过热，因为那样可能会损坏发动机。但是，不同之处在于您可以关闭车辆并使其引擎冷却。汽车只会在行驶时以及之后很短的时间内产生热量。

但是，核反应堆内部的放射性物质则不同。即使工厂操作人员关闭了所有诱发的裂变反应，铀甚至辐射的工具和零件仍将继续产生衰变热。他们可以在几分钟内完成。

在核熔毁中，我们面临的反应堆燃烧失控，以至于其自身的热量继续造成损害。通常，这是由于冷却液损失事故（LOCA）引起的。如果冷却剂通过反应堆堆芯的循环变慢或完全停止，则温度会升高。

首先要熔化的是燃料棒本身。如果工厂人员此时可以恢复冷却液循环，则该事故可以视为部分核熔化。1979年的三哩岛核事故属于以下类别：1号反应堆的堆芯熔化，但堆芯周围的保护套管保持完整。实际上，“三哩岛”核电站的2号反应堆在其已停用的核电站的阴影下继续发电。

但是，如果任其发展，部分核熔毁可能恶化为全部核熔毁。紧急情况小组试图在核心残留物融化通过保护性外壳层甚至是安全壳本身之前，先冷却它们，这样的情况就变成了与时间的竞赛。1986年，俄罗斯小组将切尔诺贝利核电站反应堆堆芯的融化残余物追进设施的地下室，用水淹没它以冷却物料，然后才能烧毁安全壳并污染地下水。

2011年3月，日本的福岛第一核电站发生了强烈的地震，损坏了向该工厂的冷却水泵供电的备用发电机，冷却液事故因此而损失。随后发生的事件说明了核熔毁期间可能发生的一些其他并发症。

福岛第一核电站过热的反应堆（该设施有六个）中的辐射开始将水分解为氧气和氢气。所产生的氢爆炸破坏了至少三个反应堆的二级安全壳结构（或第二级防护），使更多的辐射逸出。随后的爆炸震撼了装置，使其损坏了反应堆的主要安全壳结构。

3、如何阻止核灾难的发生或恶化？

同样，核熔解归结为热量，并且迫切需要运行的冷却剂系统来控制状况。福岛第一核电站灾难提醒我们，即使所有裂变活动都已关闭，该系统也至关重要。当地震活动增加时，这家日本工厂自动将燃料棒浸入水中，从而在10分钟内有效地阻止了所有裂变反应。但是那些杆仍然产生衰减的热量，需要功能性冷却剂系统。

这也是为什么高放射性废物（如辐射或用过的核反应堆燃料）引起这种关注的原因。这些材料衰减到安全的放射性水平需要数万年的时间。在这段时间内，他们将需要冷却液系统或足够的密封措施。否则，它们将耗尽您放入的所有内容。

然而，事实证明，过去的核电站设计更容易崩溃。在发生各自事故时，福岛第一核电站和三英里岛发电厂不仅使用水作为冷却剂，还使用了缓和剂。慢化剂降低了快中子的速度，使它们更容易与可裂变燃料成分发生碰撞，而不太可能与不可裂变燃料成分发生碰撞。换句话说，慢化剂增加了在反应堆中发生裂变的可能性。因此，当水从这种反应堆的堆芯中排出时，裂变会自动停止。

另一方面，切尔诺贝利使用固体石墨作为慢化剂。如果冷却液排出，慢化剂仍留在后面。因此，切尔诺贝利式反应堆失水实际上会增加核裂变的速度。

为了防止失水事故演变成熔毁，核电站操作人员必须冷却反应堆堆芯。这意味着通过过热的燃料棒冲洗更多的冷却剂。燃料棒越新，冷却速度就越快。

如果部分熔化开始发生，则棒会坍落。如果不加以检查，则塌陷棒将融化并聚集在反应堆堆芯底部，形成大量的熔融污泥。放射性污泥将带来更大的冷却挑战。它不仅是一个单一的团块（与几个独立的棒相对），而且其一侧被压在反应堆堆芯底部，并通过其产生的热量稳定地燃烧。

以切尔诺贝利为例，应急小组抽了数百吨水来冷却反应堆堆芯。接下来，他们用直升机将硼、粘土、白云石、铅和沙子倾倒在燃烧的核上，以扑灭大火，并控制放射性颗粒进入大气。在随后的几个月里，他们将被毁坏的植物用混凝土掩蔽起来，通常被称为石棺。

同样，核电站最终会产生热量，其维护取决于对热量的适当调节。如果冷却系统发生故障，情况可能会失控。

文章来源： 科技领航人，光明日报