国之重器“华龙一号”，如何拥有独一无二的中国“芯”？

原文刊载于《知识就是力量》杂志，作者：李强，杨思，荆锐（中国建筑第二工程局有限公司），由《施工技术（中英文）》编辑部协助组稿，欢迎国庆期间与家人分享 “华龙一号”核电站 的建造过程（科普篇）。

由于石油、天然气、煤等化石能源正逐渐枯竭，人类正积极开发风能、太阳能、生物能等新能源，但新能源还无法完全替代化石能源。核电作为优化能源结构、保障能源安全、满足电力需求的最好选择，而且还有安全、清洁、高效、经济的优点，满足绿色生态发的展要求，被人类迅速重视和发展起来。

核电站是以核反应堆代替锅炉，以铀为核裂变原料，通过核裂变反应生成热能，再把热能转化为电能的设施。常见的核反应堆有轻水堆、重水堆、改进型冷气堆、快堆等。其中轻水堆按照蒸汽产生过程不同，还分为沸水堆和压水堆两类。“华龙一号”属于压水堆核电站，以普通水作为冷却剂和慢化剂，世界60%以上的核电站都是这种类型。

“华龙一号”采用单堆布置，机组之间互不影响，每个机组独立一套系统。 它主要由核岛、常规岛及其他辅助厂房构成。核岛是核电站的核心部分，主要包括反应堆厂房、燃料厂房、安全厂房、核辅助厂房、放射性废物处理厂房等；常规岛厂房主要包括汽轮发电机厂房及其附属厂房；其他厂房包括泵房、应急柴油发电机、SBO（全厂断电）柴油发电机厂房、BOP（辅助系统）厂房等。

▲核电站厂房分部图

▲核电站厂房内部结构图

“华龙一号”压水堆核电站有3个回路系统，它们之间相互独立，通过3个回路的管道进行热交换完成发电工作。

▲核电站选址的必备条件

▲ 核电站三回路热交换原理

一回路是核电站最核心的地方，位于核电站堆芯位置，核裂变反应就在这里发生。裂变反应会产生巨大的热量，热量将堆芯的水加热至327摄氏度；随后在主泵的推动下，高温高压水流在一个叫做蒸汽发生器的设备里将自身热量传导出去，之后再回到堆芯重新吸收热量。

一回路中传导出来的热量把二回路的水加热成蒸汽，蒸汽就能推动汽轮机转动进行发电，之后蒸汽再被冷却剂液化成水。

最后一个三回路，则是通过水泵将大量冷却水输送到冷凝器中，在冷凝器里带走二回路的蒸汽的热量，让蒸汽冷凝成水。冷却水多使用江河水，水泵不停地将水输送进来做冷却剂，带走热量后被排回江河中，这也是为什么核电站需要选在有水源的地方。

知道了核电站的能量传递方式，核裂变反应又是怎么发生的呢？ 铀-235原子核在中子的轰击下，会分裂成两个（偶尔3个）较轻的原子核，同时放出两个（有时3个）新的中子并释放出巨大能量，这就是核裂变。裂变产生的新的中子又可以引发新的核裂变，就能持续地发出能量，这个过程叫做链式裂变反应。“华龙一号”就是以铀-235为核裂变燃料的。

▲ 铀-235原子的核裂变链式反应

作为拥有完全自主知识产权的中国“芯”，“华龙一号”的堆芯设计方案是目前世界上独一无二的。反应堆堆芯由燃料组件及相关组件、对内构件、控制棒驱动机构和反应堆压力容器及其支承、保温层和堆顶结构组成。它有177组12英尺燃料组件，每个燃料组件由264根燃料棒、24根导向管和1根仪表管组成，并以17×17阵列排布，就是它能为华龙一号提供百万千瓦级的功率。总之，核电站发电原理是由核裂变产生热能，热能产生水蒸气，水蒸气带动转子高速转动，从而产生电能，其实就是能量传递和转换的过程。

为了保证核电站的安全运行，华龙一号核电站在选址和安全保障方面有着近乎苛刻的要求。 首先，要选择自然条件良好的地区，减少自然灾害对核电站的影响。第二，要远离人口密集地区和各类交通要道。第三，因为核电站运行需要大量的水，并及时把电能输送出去，所以它还需要靠近电力负荷中心和水源。

不仅如此，为了防止核燃料外泄，“华龙一号”自身还穿了4层“防护服”！

中国核电从无到有，从小到大，如今已跻身世界第一方阵，惊艳了全世界。我们期待中国核电实现更大跨越 ！

▲ “华龙一号”多层全面的安全屏障

实际上，安全壳结构从内到外共有3层。第一层是由6毫米厚的钢板构成的钢衬里包壳，钢衬里从上到下进行连续布置，主要由4部分组成，分别是底板、截锥体、筒体和穹顶，包裹整个反应堆，其单体重量约1200吨、内直径45米、总高度约60米；在包壳外侧有1200毫米厚的预应力高强钢筋混凝土筒体结构，能够在核事故工况下承受高温高压，防止放射性物质泄漏；在其外侧又有1500毫米厚的钢筋混凝土结构，能够抵御外部大型客机的撞击；两层钢筋混凝土筒体结构中形成1800毫米宽的环廊空间区域，在核电站运营状态下，环廊区域一直是负压状态，能更加确保放射性物质不会泄漏到外部环境中。