[科普中国]-龙的摇篮：华龙一号的“中国心”

当人们还在对门口的信号基站指指点点，又怎么可能期待一座座核电站建立起来？

然而，当见过了它真实的样子，就会意识到，我们原先的恐惧，仅仅是出于未知。

4月24日，有幸受到国资委和中核集团的邀请，我前往成都的某核工业研究机构，进行拜访。

这个单位的大门上没有任何字迹，对外只有一个代号：

909

（位于西南某处山里的909纪念碑。）

01 核潜艇起家

909前身是研究核潜艇的。

故事开端于毛主席当年的一句“核潜艇，一万年也要搞出来!”

1965年8月，核潜艇工程启动。

而核潜艇，最重要的还是那个“核”，也就是核反应堆动力源。

这里的核反应是指核裂变。根据爱因斯坦妇孺皆知的方程：E=mc 2 。物质质量“消失”时，会产生巨大能量。

最著名的例子，我不说你都知道，就是原子弹。

1965年9月，代号909的研究基地成立。次年，8000人从全国各地，操着各种口音，开进了西南地区的这座山沟。

当时，整个研究团队，几乎没人懂核，更没人懂核潜艇。资料极度匮乏，研究人员手头只有三张模糊不清的照片和一个美国的潜艇玩具。

更倒霉的是，赶上了困难时期，8000子弟到了这里，第一年基本是在采野菜。

当时，核潜艇总设计师彭士禄，住着简陋的土房子，房间里只有一张行军床和一个书桌。

(核潜艇总设计师彭士禄当年的住处)

但就是这种环境，中国人从零开始，克服万难，搞起了核潜艇。

1971年，我国第一艘核潜艇“长征一号”试航。

核潜艇，不用一万年，五年就够了。

02 华龙一号

现在的909，将更多的精力投注到了新的领域—— 核电站 。

核电站的工作原理也简单：通过精心控制核裂变，用核能去加热水，产生水蒸气驱动发电机发电。

简单来说，就是“烧热水”。

(核电站工作原理，图片来源：维基百科)

相比于火电站，核电站“烧热水”的资源利用率更高，据计算， 1千克铀裂变释放出的能量相当于2500吨煤 。

中国目前最好的核电站，名叫“华龙一号”。

(建设中的华龙一号核电站，供图： 中国核动力研究设计院。)

我们得到机会，跟“华龙一号”的主要设计者们进行了一次谈话。

从事核电站研究的各位，不过都是普通人模样。混在人群中，你很难想象，他们的手里，掌握着惊天动地的力量。

不过，从核动力历史，到蒸发器制造，只要开始谈“核”，他们眼里就会发光。

当然，说到某些内容时，谈话会戛然而止，双方有默契地笑而不语。

从目前公开的资料来看， “华龙一号”最核心的两部分： 一个是堆芯，另一个是安全系统 。

堆芯里面存储着核原料，通过裂变反应,产生热量，加热周围的水。从这个意义上来讲，堆芯，就如同一个核裂变版的“热得快”。

堆芯的外形如同一大把插在筷子笼里的筷子，“筷子”的数量及排列方式，是核电机型最核心的特征。

(“华龙一号”堆芯，图片来源：China-nea.cn)

国外普遍采用堆芯的构型是“121堆芯”和“157堆芯”，即每个堆芯里面有121或者157个燃料组件。

1997年，我国学者首次提出“177堆芯”的概念，也就是把堆芯中组件数量提升到177个。增加组件数量，不仅可以提高发电功率，又能有效降低每个单独燃料组件的运作功率，提高安全性。

当然，这一方案也是经过了十余年的探索与优化，才最终投入使用。

现在，说到核电站，只要一提“177”，全世界就知道，这是中国人的技术。

03 安全到飞机撞上都没事

安全，肯定是我们最大的疑虑。

首先，这有两个基本常识：

1、 核电站绝对不是原子弹，核电站不可能发生核爆炸 。

因为铀的浓缩度不够，原子弹中的铀-235含量高达90%以上，而核电站中用到铀的浓缩度不超过5%。

2、 核电站的辐射水平很低 。

衡量辐射对生物影响的单位叫做西弗（Sv），核电站周围的辐射是每年0.01毫西弗。

与之相比，自然界中，来自天空、海洋、土壤、空气中的辐射是每年2.4毫西弗；再比如，从北京坐飞机往返巴黎，受到的辐射是0.04毫西弗。

换句话说，去欧洲旅行一次，受到辐射量，相当于在核电站附近住了四年。

现如今，核电站最大的安全隐患，是突发意外后，裂变反应所残余的巨大热量。

这就如同，用电磁炉搞了顿火锅，吃完菜，关了电源，但炉子依然烫手。

在这件事上，人类吃过最大的亏是日本福岛核电站事故。

(2011年3月20日无人机航拍的海啸后的福岛第一核电站，从右至左分别是第1、2、3、4机组。冒出的白烟是水蒸气。图片来源：Air Photo Service Co. Ltd., Japan)

2011年，日本东北部发生里氏9级强震，电网遭到了大面积破坏。位于此地区的日本福岛第一核电站，全厂断电，反应堆关停。

为了应对巨大的余热，福岛核电站采用的措施是，借助外部电力把余热排出，这套系统叫做“能动”安全装置。

然而，福岛核电站中，作为备用电源的应急发电机被海啸淹没。没了电力，能动系统陷入瘫痪，无法给反应堆降温。

巨大的热量无法导出，堆芯熔毁。同时，反应堆材料与水蒸气反应产生了大量氢气，在厂房内聚集。

热量+氢气，一场爆炸在所难免。巨大的冲击波掀翻了厂房，同时喷射出大量放射性物质。

“福岛核事故”被定义为7级核事故，上一次得到这个评级的，是切尔诺贝利。

而此时，“华龙一号”的前身——CP1000已经通过了安全审查，正准备动工建设。福岛事故发生后，我国紧急暂停了相关项目的所有工作。

一名高级工程人员回忆道，“就好像婚礼上，迎亲的队伍已经出去了，突然这婚不结了。”

没办法，为了安全，需要再升级，也就有了如今的“华龙一号”。

吸取了福岛的教训， “华龙一号”在原有“能动”系统基础上，又引入了一套“非能动”安全装置 。

(华龙一号“非能动”部分安全装置实验台，供图：赵洋)

所谓的“非能动”，是指事故发生后，不用电力，就可以导出余热的安全措施。

华龙一号的“非能动”系统主要有三部分，分别是： 冷却水箱，消氢装置和双层外壳 。

首先，华龙一号中有巨大的冷却水箱，里面存着约三千吨的水。发生严重事故时，在重力作用下，这些水会迅速注入堆腔，冷却堆芯。

第二是消氢系统。为了防止福岛出现的氢气爆炸，华龙一号安装了几十台氢气复合器，里面有很多催化剂，可以通过化学反应将氢气变成水。

再有，不同于现有核电站的单层外壳，华龙一号的外壳有两层。这种安全壳除了能防止放射物跑到室外，还能抵抗外部的巨大冲击。

双层壳有多安全呢？工作人员说：“飞机撞上都没事”。

看似繁琐冗余的安全措施叠加在一起，虽然提升了成本，但是，华龙一号想做的是，100%的安全。

04 国家名片

“华龙一号”整套机组：共有6万多台设备，5300多家企业涉及生产，20万人先后参加建设。而且，全是中国自己的技术。

177堆芯，“能动+非能动”安全系统，全自主知识产权，“华龙一号”是中国的一张国家名片。

现在，已有两台“华龙一号”机组在巴基斯坦开始建设，并与多个国家达成合作意向。

(华龙一号全球首堆示范工程福清核电基地，图片来源：中核集团)

2020年，华龙一号，将首次商运。

这条中华之龙，明年，起飞。

作者名片