探秘高溫氣冷堆：怎樣做到固有安全

　　迄今為止，核電代際劃分的主導(dǎo)因素，毫無(wú)疑問(wèn)是安全性。第三代核電及其之前，通常都以“10的負(fù)N次方”這樣的事故概率來(lái)表達(dá)其安全指標(biāo)；到了“具有第四代核電特征”的高溫氣冷堆，才首次具備了“固有安全性”這樣令人印象深刻的身份標(biāo)簽。

　　這一史上未有的核電安全標(biāo)簽是怎么回事？又如何做到？記者日前參加由中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)核建集團(tuán)）組織的由7位兩院院士隨行的高溫氣冷堆“院士專(zhuān)家行”活動(dòng)，走訪(fǎng)了位于山東榮城石島灣的200兆瓦高溫氣冷堆核電示范工程，一探新一代核電的奧秘。

　　“沒(méi)有最安全，只有更安全”

　　中國(guó)核建集團(tuán)介紹，從被稱(chēng)為原型堆的第一代核電，發(fā)展到具有系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化、批量化的第二代或“二代+”（即二代改進(jìn)型）核電，再到在二代基礎(chǔ)上總結(jié)提高的第三代核電，其間最重要的邏輯關(guān)聯(lián)，就是安全性的遞進(jìn)；在安全可靠前提下，兼顧效率和經(jīng)濟(jì)性。也就是說(shuō)，“沒(méi)有最安全，只有更安全”。

　　事實(shí)上，沒(méi)有最安全，只有更安全，在核電業(yè)界不僅是常識(shí)性的理念，更是數(shù)十年一以貫之的實(shí)踐。

　　為確保核電站安全，世界所有發(fā)展核電的國(guó)家都制定了各自的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，它涵蓋了核電站選址、設(shè)計(jì)、建設(shè)和設(shè)備制造、運(yùn)行直至退役的全方位和全壽命周期。其中，美國(guó)核管制委員會(huì)（NRC）1982年4月提出的核電站安全標(biāo)準(zhǔn)，以概率作出定量表示，具有代表性，并為各國(guó)仿效。

　　大規(guī)模放射性釋放概率，跟隕石砸中腦袋差不多

　　專(zhuān)家解釋?zhuān)娝斫獾姆夯?ldquo;安全”概念不同，從專(zhuān)業(yè)角度，絕對(duì)的、100％的安全是不存在的。所以，安全指標(biāo)通常用事故概率來(lái)表示，也就是人們常說(shuō)的“安全是利益和代價(jià)的平衡”。

　　具體到核電站，安全控制千頭萬(wàn)緒，但總有需優(yōu)先考慮的環(huán)節(jié)。國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)高溫氣冷堆總設(shè)計(jì)師、清華大學(xué)核研院院長(zhǎng)張作義把“核能安全的關(guān)鍵問(wèn)題”準(zhǔn)確歸結(jié)為：防止功率失控增長(zhǎng)、載出剩余發(fā)熱、放射性物質(zhì)的包容。國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)大型先進(jìn)壓水堆“核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)軟件自主化技術(shù)研究”首席科學(xué)家楊燕華則簡(jiǎn)化為兩點(diǎn)：廠(chǎng)房?jī)?nèi)，事故條件下反應(yīng)堆堆芯熔化的可能性；廠(chǎng)房外，大規(guī)模放射性釋放的可能性。

　　對(duì)應(yīng)美國(guó)核管會(huì)要求，概言之，二代核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為，反應(yīng)堆堆芯熔化事故概率小于10的負(fù)4次方／堆·年，大規(guī)模放射性釋放概率小于10的負(fù)5次方／堆·年，意味著前者10萬(wàn)年一遇，后者100萬(wàn)年一遇；三代核電，則在此基礎(chǔ)上各提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，意味著大規(guī)模放射性釋放概率小于千萬(wàn)年一遇，“跟隕石砸中腦袋差不多”。

　　從降低事故發(fā)生概率，到根本不讓它發(fā)生

　　全稱(chēng)為“球床模塊式高溫氣冷堆”的第四代先進(jìn)核電技術(shù)，在張作義看來(lái)，其設(shè)計(jì)圓滿(mǎn)解決了他所說(shuō)核安全的三大關(guān)鍵問(wèn)題。

　　他表示，這種高溫氣冷堆采用低功率密度，不需要輔助的安全系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)依賴(lài)物理過(guò)程，可以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，是一種固有的安全特性，不會(huì)發(fā)生堆芯融化事故或大量放射性釋放事故。

　　2004年，清華大學(xué)對(duì)高溫氣冷堆固有安全性進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)：在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)切斷電源，模擬最嚴(yán)重的事故工況；結(jié)果反應(yīng)堆在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下依靠自身安全地停了下來(lái)。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）專(zhuān)家組現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證了試驗(yàn)過(guò)程，并給予高度評(píng)價(jià)。

　　高溫氣冷堆固有安全性的另一基石，是它對(duì)包覆顆粒燃料的絕妙設(shè)計(jì)。張作義指著一座“石榴形”的燃料元件模型說(shuō)，它直徑約6厘米，由超高純度的石墨組成，其中密布約1.2萬(wàn)個(gè)直徑0.9毫米的細(xì)微燃料顆粒，每顆都有熱解碳層、碳化硅層等多層包覆，以保護(hù)二氧化鈾燃料核芯。這種層層包覆的技術(shù)和工藝，可保反應(yīng)堆燃料元件的最高溫度始終不會(huì)超過(guò)其安全限值1620℃，因此燃料顆粒無(wú)論如何不會(huì)被燒壞，這決定了高溫氣冷堆在任何情況下都不會(huì)有放射性泄露的可能。這一設(shè)計(jì)是如此周全，以至國(guó)際業(yè)界猜想，即使燃料球周邊發(fā)生一次爆炸，也不足以破壞直徑小于1毫米的燃料顆粒。

　　楊燕華把它總結(jié)為“以往核電站安全設(shè)計(jì)是盡可能降低事故發(fā)生的概率，而高溫氣冷堆做到了根本不讓它發(fā)生”。

　　2012年，中國(guó)完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料元件由國(guó)際權(quán)威的荷蘭核研究咨詢(xún)機(jī)構(gòu)PETTEN進(jìn)行輻照檢測(cè)試驗(yàn)。結(jié)果裂變氣體釋放率維持在10的負(fù)9次方水平，遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也明顯優(yōu)于其他國(guó)家同類(lèi)元件。

　　據(jù)悉，燃料元件即將應(yīng)用于山東榮成石島灣200兆瓦高溫氣冷堆示范電站。（記者 瞿 劍）