这是我国研发设计的具有完全自主知识产权的第三代核电技术的华龙一号核电站。 它采用了我国拥有自主知识产权的第三代压水堆核电站技术，每个机组占地都超过了 3 万平方米，有 4.2 个标准足球场大，二十层楼高。 通常一个核电站有六到八个机组，一天大概可以发出 2700 万到 2800 万度电， 对于核电，相信差友们多多少少都有了解。但谈到 “ 核 ”，总不免有人想到安全问题。 这么多核燃料堆在这个大家伙里真的安全吗？我们又是如何保障核电站安全的呢？ 为了弄清楚这些问题，我们来到了位于福建云霄的漳州核电，来实地解答一下我们心中的疑问。 核电站是怎么运行的 核反应堆的原理 要弄清核电站如何保证安全，我们首先要知道，核电站是如何发电的。 众所周知，虽然带 “ 核 ” 看起来比较高大上，但实际上，核电站本质上还是换了种燃料烧开水。 在华龙一号中，一共有三条回路相互配合，烧两次 “ 开水 ”。 首先是进行核反应的一回路，也是核电站第一次 “ 烧水 ” 的地方。 在这里，随着燃料棒插入反应堆，铀235 在吸收中子后发生裂变一分为二，同时放出大量的热量，加热与反应堆直接接触的硼酸水。 不过，这次水并不会 “ 烧开 ”。 我们知道，压力越大，水的沸点也会越高。 而核反应堆所在的压力容器，是一个压力能够达到 150 个大气压的 “ 超级高压锅 ”。在这个压力下，即使加热到 320 摄氏度，水也不会沸腾。 在这条回路上，连接着一个叫做 “ 蒸汽发生器 ” 的密封容器。 在这里，被密封在 U 形管中的一回路水，起到了类似烧水壶中热管的作用，将热量传递给二回路，进行第二次 “ 烧水 ”。 这次，在常压环境下，二回路的水会被正常 “ 烧开 ”，形成饱和水蒸气，驱动汽轮机发电。 最后，三回路会抽出海水，在冷凝器中将二回路中经过汽轮机的蒸汽重新冷凝成水继续循环。 这种结构将 “ 有核 ” 与 “ 无核 ” 的回路完全隔离开来，将核电厂分成了进行核反应 “ 核岛 ” 与不接触核材料的 “ 常规岛 ”。 大家现在看到的，就是核岛中的核心组件，反应堆，在它的内部，装载着给核电站的能源心脏，由 177 组 “ 燃料组件 ” 按照核燃料浓度编组排布而成的燃料堆芯。 在每组燃料组件中，都有一捆这样的锆合金管燃料棒， 他们当中包裹的，是一节节被加工成短圆柱体，长得像黑色粉笔的二氧化铀燃料芯快。 除了燃料棒，还有一组叫做控制棒的组件。 在反应堆运行时，可以根据操作人员的指令插入或者抽出核反应堆。 其中比较特殊的，是含有铍9 和锎252 的 “ 启动 ” 控制棒。当它们被插入核燃料后，会向四面八方释放中子。 这些中子与核燃料结合后，铀原子会变得不稳定，并分裂成两个较小的原子核，放出大量能量。 这时候，反应堆会发出幽幽的蓝光（ 切伦科夫辐射 ），并生成更多的中子，引发下一级的核裂变，然后将这种反应一级一级的传递下去。 也就是我们经常听到的 “ 链式反应 ”。 但核电站的 “ 链式反应 ”，其实是一条安全的 “ 单链 ”。 在大多数情况下，铀235 发生裂变时会释放 2 ～ 3 个中子。如果这些中子全部引发次级核裂变，那么核裂变的次数将会以几何级数的方式不断增加，形成一传十，十传百，核反应会越来越剧烈的 “ 超临界状态 ”。 如果在某一级，中子全部逸散，没有中子进入下一级，则会进入核反应逐渐停止的 “ 负临界状态 ”，让核电站供电不稳定。 所以，为了稳定地转化电力，核电反应堆中的铀燃料浓度就不能太高，才能方便控制。 通过插入或者抽出控制棒，就能调控反应堆的中子浓度，让核反应始终处于一个铀235 核的裂变恰好引发另一个铀235 核的裂变的 “ 临界状态 ”。 所以，在正常的运转状态下，核电站中进行的核反应始终的安全的。 核电站结构上如何防护 但是，作为 “ 国之重器 ”，在核电站的修建过程中，不能只考虑正常的运行状态，还要考虑突发情况下的应对措施。 而包裹着核反应堆和一回路水的核岛，则是极限状况下绝对的布防重点。 第一、二道屏障（ 燃料棒 ） 为了保护极限情况下核岛的完整性，华龙一号在从燃料到厂房的各个环节设置了的四道安全屏障。 前两道屏障就是我们前面提到过长得像黑色粉笔的核燃料芯块和包裹它的金属包壳管。 核裂变产生的放射性物质中，98% 以上都会滞留在陶瓷芯块中，不会被释放出来。 而陶瓷芯块则被被压紧 “ 封印 ” 在两端密封焊接的锆合金管内。 这种材料能够承受 1200℃ 的高温，并且能够吸收中子，防止放射性物质进入一回路的水中。 压力容器 在反应堆的外围，则是第三道屏障 —— 压力容器。 这是一个壁厚高达 20cm，能够耐高温、高压和强辐射的 “ 铁罐子 ”，牢牢包裹住了整个核反应堆。 即使燃料棒发生破损，它也能够阻止反应堆的辐射泄漏到核岛的厂房中，把异常辐射控制在反应堆内。 安全壳 在压力容器外，华龙一号还有双层混凝土安全壳作为最后，也是最重要的一道屏障。 也就是大家现在看到的这个巨大的半球形水泥盖子。 华龙一号的安全壳分成两层，外壁厚 1.5 米，内壁 1.3 米，内壳的表面还加有六毫米厚的钢材。 现场的工作人员告诉我们，就连两层安全壳之间在模型上看上去很窄的缝，里面都能站个人。 安全壳的建设过程中，所有材料都遵循最高的强度要求，采用了标号最高的 C60 混凝土四级钢筋。可能有差友对这些标号没什么概念。正好，在差评君去华龙一号参观的那天，还去探访了一下工地。 核岛附近的施工现场，差评君也是真真切切的感受了一把跟手腕差不多粗的钢筋。 由于我们所处的是核岛相对比较外围的设施，这里的钢筋用的还只是三级，真正架在安全壳上的钢筋，比我们看到的还要粗上不少。 根据统计，单单在在华龙一号机组的建设过程中，就使用了 27.28 万方混凝土和 9.21 万吨钢筋，差不多够盖两个鸟巢。 不过，对于核电站来说，在极端情况下 “ 坚固 ” 还远远不够。 核岛的安全结构如何保证这种危机时刻的安全： 为了保证在对反应堆的控制失效，乃至遭遇地震、海啸等极端情况，核电站本身的供水供电受到影响的情况下的安全。 华龙一号还配备了一四套冷却反应堆的安全系统作为核电站的 “ 应急预案 ”。 能动 + 非能动的应急堆芯冷却 能动 + 非能动的二次侧余热排出 能动 + 非能动的安全壳热量导出 能动 + 非能动的堆腔注水冷却 不断电的时候 首先，在反应堆压力容器和蒸汽发生器上，都有一条紧急情况下备用的注水管道。在安全壳的顶部，还设有喷淋装置。 一旦发现反应堆冷却不足或者蒸汽发生器出现管道破裂失水，工作人员就能激活这套应急系统，从放置在核岛底部的换料水箱中抽水并注入到堆芯和蒸汽发生器所在的回路中，并启动喷淋装置给核岛降温。 但是，不管是紧急注水还是喷淋，也还是需要控制系统的驱动。 断电的时候 所以，针对可能停水停电的极端情况，华龙一号还给这个需要电力的 “ 能动 ” 备份方案，设计了一套可以完全脱离电力运行的 “ 非能动 ” 方案，作为 “ 备份的备份 ”。 在一回路、蒸汽发生器上，各有一个悬在高处的水箱，当检测到反应堆过热时熔断阀门自动启动。在重力的作用下，将冷却水灌入反应堆和蒸汽发生器中。 保证在工厂全厂完全断电的情况下，也能核岛也能完成被动散热。 并且，混凝土外壳的 “ 穹顶 ” 外面这一圈凸出来的 “ 帽子 ” 里，也有一个存满了冷却水的巨大环形水箱。 通过热管，水箱链接着安全壳内的换热器。当反应堆过热时，内部的温度会加热换热器，把安全壳 “ 帽子 ” 里的水烧开，通过水蒸气把热量带出去。 冷却失效，堆芯融毁 即使这些措施全部失效，堆芯真的发生了熔毁，也同样有能动与非能动两套方案进行堆腔注水，封死压力容器的底部，将融化的放射性物质控制在核岛内。 全部失效，安全壳破损 最后的最后，即使真的发生了最坏的情况，堆芯发生爆炸，安全壳两层之间还采取的负压设计也能保证环形区域的压力低于大气压。即使发生破损，也是吸入外部空气，不会将核岛内的空气往外排，最大程度的降低辐射物质的外溢。 华龙一号的人控安全保障 人控工程 ( 为了防止事故发生 ) 当然，以上我们聊到的，都是装置本身的防护，但再完美的装置，终究也是要靠人来运行的。 操作核电站，其实是一项既庞杂，又需要时刻准确与专注的工作。 三组人控备份 我们来到一个模拟的主控室，这里跟真实的主控室会一模一样，所有的学员要在这里接受培训。一般来说，这里正式运行的时候会有三位工作人员在这里工作。 分别是在这个位置的值长，他负责监督整个核电站的运行。 第二位是 ROA，他负责整个有核的部分的控制。第三位是 ROB，他负责无核的部分，也就是汽轮机那个部分的运行。 这两套系统有很大的安全冗余，比如说，ROA 或者 ROB 宕掉的时候、机器坏掉了，还有一片电脑 —— ROC。它可以来做 ROA 和 ROB 一模一样的操作。即便 ROC 也宕掉了，还有一片纯机械的控制台，可以做到跟上边说的一模一样的事情。 “ 黄金人 ” 的培养 华龙一号的工作人员向我们介绍，从一个毕业生到成为一个能上岗的核电站操纵员，至少要经过上百次大大小小的考试。 在这个过程中，参与培训的 “ 预备役 ” 操作员要学习 14 门理论课程培训，还得取得辐射防护、工业安全、消防、急救和应急各类授权。 还要来我们这个模拟机组进行实战考试，模拟机组突发应急事件。 而且就算全部通过了这些考试，也并不代表就万事大吉了。每五年，考取了执照的操纵员还得进行一次换照考试，重新回炉一趟。 三向交流法 除了专业知识之外，在核电站的高压环境下，即使是一个最简单的按钮操作，万一操纵员理解错了指令，或者按错了纽，也都可能会引发严重的后果。 为了避免这种把前门楼子听成胯骨轴子的误操作，核电站里的工作人员会使用一种叫做 “ 三向交流法 ” 的特殊方式沟通。 当一个小组的成员收到指令现在要在电脑上点击一个 “ A ” 按钮，他必须先跟当时值班的组长汇报：“ 我现在请求点击这个按钮 A。” 组长在收到请求后，要重复这个请求的完整内容并且反问：“ 你是否确认你要点击的是按钮 ‘ A ’。” 然后，提出操作请求的成员需要再重复确认一次完整内容：“ 我确认我要按下的是按钮‘ A ’。” 最后，组长才能下达命令：“ 我同意你按下按钮 ‘ A ’。” 这时候，组员才能在组长的注视下进行操作。 在这个过程中，命令的发起者和确认者，要反复确认三次完整的命令，最大程度确保了没有指令上的误解，保证人控的安全。 就在我们这趟探访后不久，漳州核电的一号机组已经完成了并网发电，另外全国还有 43 台机组也在建设中。 在完全建成之后，6 台华龙一号机组它能够满足 600 万人口的用电需求。年发电考量超 600 亿度。 差评君觉得，一个浅显的事实是，我们需要核电，也需要安全。化石能源只是人类的新手大礼包。但人类无法永远躺在摇篮里。总有一天，人类需要离开摇篮。 而核能，则是目前看起来最有可能帮助我们离开摇篮的方案。 如何打造完全安全的核电，也许是一个永恒的命题。但因噎废食绝对不是答案。 点击图片跳转视频! 撰文：吉吉 编审：蛋布利多 & 结界 & 小鑫鑫 视频制作：胡尼 & Je77ery & 上进 & 十一 美编：焕妍 图片、资料来源： 特辑 华龙一号 更安全的核电技术 全球最大“华龙一号”核电基地首台机组并网发电 央视网 探秘“华龙一号” 人民日报