這是我國研發(fā)設計的具有完全自主知識產(chǎn)權的第三代核電技術的華龍一號核電站。
它采用了我國擁有自主知識產(chǎn)權的第三代壓水堆核電站技術，每個機組占地都超過了 3 萬平方米，有 4.2 個標準足球場大，二十層樓高。
通常一個核電站有六到八個機組，一天大概可以發(fā)出 2700 萬到 2800 萬度電，
對于核電，相信差友們多多少少都有了解。但談到 “ 核 ”，總不免有人想到安全問題。
這么多核燃料堆在這個大家伙里真的安全嗎？我們又是如何保障核電站安全的呢？
為了弄清楚這些問題，我們來到了位于福建云霄的漳州核電，來實地解答一下我們心中的疑問。
核電站是怎么運行的 核反應堆的原理 要弄清核電站如何保證安全，我們首先要知道，核電站是如何發(fā)電的。
眾所周知，雖然帶 “ 核 ” 看起來比較高大上，但實際上，核電站本質上還是換了種燃料燒開水。
在華龍一號中，一共有三條回路相互配合，燒兩次 “ 開水 ”。
首先是進行核反應的一回路，也是核電站第一次 “ 燒水 ” 的地方。
在這里，隨著燃料棒插入反應堆，鈾235 在吸收中子后發(fā)生裂變一分為二，同時放出大量的熱量，加熱與反應堆直接接觸的硼酸水。
不過，這次水并不會 “ 燒開 ”。
我們知道，壓力越大，水的沸點也會越高。
而核反應堆所在的壓力容器，是一個壓力能夠達到 150 個大氣壓的 “ 超級高壓鍋 ”。在這個壓力下，即使加熱到 320 攝氏度，水也不會沸騰。
在這條回路上，連接著一個叫做 “ 蒸汽發(fā)生器 ” 的密封容器。
在這里，被密封在 U 形管中的一回路水，起到了類似燒水壺中熱管的作用，將熱量傳遞給二回路，進行第二次 “ 燒水 ”。
這次，在常壓環(huán)境下，二回路的水會被正常 “ 燒開 ”，形成飽和水蒸氣，驅動汽輪機發(fā)電。
后，三回路會抽出海水，在冷凝器中將二回路中經(jīng)過汽輪機的蒸汽重新冷凝成水繼續(xù)循環(huán)。
這種結構將 “ 有核 ” 與 “ 無核 ” 的回路完全隔離開來，將核電廠分成了進行核反應 “ 核島 ” 與不接觸核材料的 “ 常規(guī)島 ”。
大家現(xiàn)在看到的，就是核島中的核心組件，反應堆，在它的內(nèi)部，裝載著給核電站的能源心臟，由 177 組 “ 燃料組件 ” 按照核燃料濃度編組排布而成的燃料堆芯。
在每組燃料組件中，都有一捆這樣的鋯合金管燃料棒，
他們當中包裹的，是一節(jié)節(jié)被加工成短圓柱體，長得像黑色粉筆的二氧化鈾燃料芯快。
除了燃料棒，還有一組叫做控制棒的組件。
在反應堆運行時，可以根據(jù)操作人員的指令插入或者抽出核反應堆。
其中比較特殊的，是含有鈹9 和锎252 的 “ 啟動 ” 控制棒。當它們被插入核燃料后，會向四面八方釋放中子。
這些中子與核燃料結合后，鈾原子會變得不穩(wěn)定，并分裂成兩個較小的原子核，放出大量能量。
這時候，反應堆會發(fā)出幽幽的藍光（ 切倫科夫輻射 ），并生成更多的中子，引發(fā)下一級的核裂變，然后將這種反應一級一級的傳遞下去。
也就是我們經(jīng)常聽到的 “ 鏈式反應 ”。
但核電站的 “ 鏈式反應 ”，其實是一條安全的 “ 單鏈 ”。
在大多數(shù)情況下，鈾235 發(fā)生裂變時會釋放 2 ～ 3 個中子。如果這些中子全部引發(fā)次級核裂變，那么核裂變的次數(shù)將會以幾何級數(shù)的方式不斷增加，形成一傳十，十傳百，核反應會越來越劇烈的 “ 超臨界狀態(tài) ”。
如果在某一級，中子全部逸散，沒有中子進入下一級，則會進入核反應逐漸停止的 “ 負臨界狀態(tài) ”，讓核電站供電不穩(wěn)定。
所以，為了穩(wěn)定地轉化電力，核電反應堆中的鈾燃料濃度就不能太高，才能方便控制。
通過插入或者抽出控制棒，就能調控反應堆的中子濃度，讓核反應始終處于一個鈾235 核的裂變恰好引發(fā)另一個鈾235 核的裂變的 “ 臨界狀態(tài) ”。
所以，在正常的運轉狀態(tài)下，核電站中進行的核反應始終的安全的。
核電站結構上如何防護但是，作為 “ 國之重器 ”，在核電站的修建過程中，不能只考慮正常的運行狀態(tài)，還要考慮突發(fā)情況下的應對措施。
而包裹著核反應堆和一回路水的核島，則是極限狀況下絕對的布防重點。
第一、二道屏障（ 燃料棒 ）
為了保護極限情況下核島的完整性，華龍一號在從燃料到廠房的各個環(huán)節(jié)設置了的四道安全屏障。
前兩道屏障就是我們前面提到過長得像黑色粉筆的核燃料芯塊和包裹它的金屬包殼管。
核裂變產(chǎn)生的放射性物質中，98% 以上都會滯留在陶瓷芯塊中，不會被釋放出來。
而陶瓷芯塊則被被壓緊 “ 封印 ” 在兩端密封焊接的鋯合金管內(nèi)。
這種材料能夠承受 1200℃ 的高溫，并且能夠吸收中子，防止放射性物質進入一回路的水中。
壓力容器
在反應堆的外圍，則是第三道屏障 —— 壓力容器。
這是一個壁厚高達 20cm，能夠耐高溫、高壓和強輻射的 “ 鐵罐子 ”，牢牢包裹住了整個核反應堆。
即使燃料棒發(fā)生破損，它也能夠阻止反應堆的輻射泄漏到核島的廠房中，把異常輻射控制在反應堆內(nèi)。
安全殼
在壓力容器外，華龍一號還有雙層混凝土安全殼作為后，也是重要的一道屏障。
也就是大家現(xiàn)在看到的這個巨大的半球形水泥蓋子。
華龍一號的安全殼分成兩層，外壁厚 1.5 米，內(nèi)壁 1.3 米，內(nèi)殼的表面還加有六毫米厚的鋼材。
現(xiàn)場的工作人員告訴我們，就連兩層安全殼之間在模型上看上去很窄的縫，里面都能站個人。
安全殼的建設過程中，所有材料都遵循高的強度要求，采用了標號高的 C60 混凝土四級鋼筋。可能有差友對這些標號沒什么概念。正好，在差評君去華龍一號參觀的那天，還去探訪了一下工地。
核島附近的施工現(xiàn)場，差評君也是真真切切的感受了一把跟手腕差不多粗的鋼筋。
由于我們所處的是核島相對比較外圍的設施，這里的鋼筋用的還只是三級，真正架在安全殼上的鋼筋，比我們看到的還要粗上不少。
根據(jù)統(tǒng)計，單單在在華龍一號機組的建設過程中，就使用了 27.28 萬方混凝土和 9.21 萬噸鋼筋，差不多夠蓋兩個鳥巢。
不過，對于核電站來說，在極端情況下 “ 堅固 ” 還遠遠不夠。
核島的安全結構如何保證這種危機時刻的安全：
為了保證在對反應堆的控制失效，乃至遭遇地震、海嘯等極端情況，核電站本身的供水供電受到影響的情況下的安全。
華龍一號還配備了一四套冷卻反應堆的安全系統(tǒng)作為核電站的 “ 應急預案 ”。
能動 + 非能動的應急堆芯冷卻
能動 + 非能動的二次側余熱排出
能動 + 非能動的安全殼熱量導出
能動 + 非能動的堆腔注水冷卻
不斷電的時候
首先，在反應堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器上，都有一條緊急情況下備用的注水管道。在安全殼的頂部，還設有噴淋裝置。
一旦發(fā)現(xiàn)反應堆冷卻不足或者蒸汽發(fā)生器出現(xiàn)管道破裂失水，工作人員就能激活這套應急系統(tǒng)，從放置在核島底部的換料水箱中抽水并注入到堆芯和蒸汽發(fā)生器所在的回路中，并啟動噴淋裝置給核島降溫。
但是，不管是緊急注水還是噴淋，也還是需要控制系統(tǒng)的驅動。
斷電的時候 所以，針對可能停水停電的極端情況，華龍一號還給這個需要電力的 “ 能動 ” 備份方案，設計了一套可以完全脫離電力運行的 “ 非能動 ” 方案，作為 “ 備份的備份 ”。
在一回路、蒸汽發(fā)生器上，各有一個懸在高處的水箱，當檢測到反應堆過熱時熔斷閥門自動啟動。在重力的作用下，將冷卻水灌入反應堆和蒸汽發(fā)生器中。
保證在工廠全廠完全斷電的情況下，也能核島也能完成被動散熱。
并且，混凝土外殼的 “ 穹頂 ” 外面這一圈凸出來的 “ 帽子 ” 里，也有一個存滿了冷卻水的巨大環(huán)形水箱。
通過熱管，水箱鏈接著安全殼內(nèi)的換熱器。當反應堆過熱時，內(nèi)部的溫度會加熱換熱器，把安全殼 “ 帽子 ” 里的水燒開，通過水蒸氣把熱量帶出去。
冷卻失效，堆芯融毀
即使這些措施全部失效，堆芯真的發(fā)生了熔毀，也同樣有能動與非能動兩套方案進行堆腔注水，封死壓力容器的底部，將融化的放射性物質控制在核島內(nèi)。
全部失效，安全殼破損
后的后，即使真的發(fā)生了壞的情況，堆芯發(fā)生爆炸，安全殼兩層之間還采取的負壓設計也能保證環(huán)形區(qū)域的壓力低于大氣壓。即使發(fā)生破損，也是吸入外部空氣，不會將核島內(nèi)的空氣往外排，大程度的降低輻射物質的外溢。
華龍一號的人控安全保障
人控工程 ( 為了防止事故發(fā)生 )
當然，以上我們聊到的，都是裝置本身的防護，但再完美的裝置，終究也是要靠人來運行的。
操作核電站，其實是一項既龐雜，又需要時刻準確與專注的工作。
三組人控備份 我們來到一個模擬的主控室，這里跟真實的主控室會一模一樣，所有的學員要在這里接受培訓。一般來說，這里正式運行的時候會有三位工作人員在這里工作。
分別是在這個位置的值長，他負責監(jiān)督整個核電站的運行。
第二位是 ROA，他負責整個有核的部分的控制。第三位是 ROB，他負責無核的部分，也就是汽輪機那個部分的運行。
這兩套系統(tǒng)有很大的安全冗余，比如說，ROA 或者 ROB 宕掉的時候、機器壞掉了，還有一片電腦 —— ROC。它可以來做 ROA 和 ROB 一模一樣的操作。即便 ROC 也宕掉了，還有一片純機械的控制臺，可以做到跟上邊說的一模一樣的事情。
“ 黃金人 ” 的培養(yǎng)
華龍一號的工作人員向我們介紹，從一個畢業(yè)生到成為一個能上崗的核電站操縱員，至少要經(jīng)過上百次大大小小的考試。
在這個過程中，參與培訓的 “ 預備役 ” 操作員要學習 14 門理論課程培訓，還得取得輻射防護、工業(yè)安全、消防、急救和應急各類授權。
還要來我們這個模擬機組進行實戰(zhàn)考試，模擬機組突發(fā)應急事件。
而且就算全部通過了這些考試，也并不代表就萬事大吉了。每五年，考取了執(zhí)照的操縱員還得進行一次換照考試，重新回爐一趟。
三向交流法
除了專業(yè)知識之外，在核電站的高壓環(huán)境下，即使是一個簡單的按鈕操作，萬一操縱員理解錯了指令，或者按錯了紐，也都可能會引發(fā)嚴重的后果。
為了避免這種把前門樓子聽成胯骨軸子的誤操作，核電站里的工作人員會使用一種叫做 “ 三向交流法 ” 的特殊方式溝通。
當一個小組的成員收到指令現(xiàn)在要在電腦上點擊一個 “ A ” 按鈕，他必須先跟當時值班的組長匯報：“ 我現(xiàn)在請求點擊這個按鈕 A。”
組長在收到請求后，要重復這個請求的完整內(nèi)容并且反問：“ 你是否確認你要點擊的是按鈕 ‘ A ’。”
然后，提出操作請求的成員需要再重復確認一次完整內(nèi)容：“ 我確認我要按下的是按鈕‘ A ’。”
后，組長才能下達命令：“ 我同意你按下按鈕 ‘ A ’。”
這時候，組員才能在組長的注視下進行操作。
在這個過程中，命令的發(fā)起者和確認者，要反復確認三次完整的命令，大程度確保了沒有指令上的誤解，保證人控的安全。
就在我們這趟探訪后不久，漳州核電的一號機組已經(jīng)完成了并網(wǎng)發(fā)電，另外全國還有 43 臺機組也在建設中。
在完全建成之后，6 臺華龍一號機組它能夠滿足 600 萬人口的用電需求。年發(fā)電考量超 600 億度。
差評君覺得，一個淺顯的事實是，我們需要核電，也需要安全?；茉粗皇侨祟惖男率执蠖Y包。但人類無法永遠躺在搖籃里?？傆幸惶欤祟愋枰x開搖籃。
而核能，則是目前看起來有可能幫助我們離開搖籃的方案。
如何打造完全安全的核電，也許是一個永恒的命題。但因噎廢食絕對不是答案。
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