探秘高温气冷堆：怎样做到固有安全

迄今为止，核电代际划分的主导因素无疑是安全。第三代核电前后，其安全指标通常用事故概率“10对负n次方”来表示；只有当高温气冷反应堆“具有第四代核电的特征”时，它才第一次有了“固有安全”这样一个令人印象深刻的身份标签。

这个前所未有的核安全标签是什么？怎么做？日前，记者参加了由中国核工业建设集团公司(CNNC)组织的高温气冷堆“院士专家之旅”，并由两院7名院士陪同。他参观了位于山东荣成石岛湾的200兆瓦高温气冷堆核电示范项目，探索新一代核电的奥秘。

“没有最安全的，只有更安全的。”

中国核电建设集团表示，从被称为原型反应堆的第一代核电，到具有系统安全设计标准、商业化和批量生产的第二代或“第二代+”(即第二代改进)核电，再到在第二代基础上改进的第三代核电，最重要的逻辑联系是安全性的进步。在安全可靠的前提下，兼顾效率和经济。换句话说，“没有最安全的，只有更安全的”。

事实上，没有最安全的，只有更安全的。在核电行业，这不仅是一个常识性的概念，也是几十年来的一贯做法。

为了确保核电厂的安全，世界上所有发展核电的国家都制定了自己的安全标准和法规，涵盖了核电厂选址、设计、建造、设备制造、运行和退役的全部范围和生命周期。其中，美国核管理委员会(NRC)于1982年4月提出的核电厂安全标准是用概率定量表示的，具有代表性，为各国所效仿。

大规模放射性释放的概率与陨石撞击头部的概率相似。

专家解释说，与公众理解的“安全”的一般概念不同，从专业角度来看，绝对和100%的安全是不存在的。因此，安全指标通常用事故概率来表示，这就是人们常说的“安全是利益和成本之间的平衡”

在核电厂的具体情况下，有许多安全控制，但总是有优先事项。国家科技重大项目高温气冷堆总设计师、清华大学核研究所所长张准确地将“核能安全关键问题”归结为防止不受控制的电力增长、带走余热和含有放射性物质。国家重大科技项目“大型先进压水堆核电关键设计软件独立技术研究”首席科学家杨燕华将其简化为两点:核电厂事故工况下堆芯熔化的可能性；工厂外大规模放射性释放的可能性。

根据美国核管理委员会的要求，总的来说，第二代核电的设计标准是反应堆堆芯熔化事故的概率小于10至负4功率/反应堆年，大规模放射性释放的概率小于10至负5功率/反应堆年，这意味着前者是每10万年一次，而后者是每100万年一次。在此基础上，三代核能将各自增加一个数量级，这意味着大规模放射性释放的概率不到1000万年一次，“类似于陨石撞击头部”

从降低事故发生的概率到根本不让事故发生

第四代先进的核电技术，全称为“球床模块化高温气冷堆”，在张看来，其设计成功地解决了他所谓的核安全三大关键问题。

他说高温气冷反应堆使用低功率密度，不需要辅助安全系统。该系统功能的实现依赖于物理过程，可以通过实验进行验证。这是一个固有的安全特性，不会造成堆芯熔化事故或大量放射性释放事故。

2004年，清华大学对高温气冷堆的固有安全性进行了验证试验:在反应堆正常运行期间切断电源，模拟最严重的事故工况；结果，反应堆在无人干预的情况下自行安全停止。国际原子能机构(原子能机构)专家组在现场见证了试验过程，并给予了高度评价。

HTGR固有安全性的另一个基石是其出色的微粒燃料涂层设计。张指着一个“石榴状”的燃料元件模型说，它的直径约为6厘米，由超高纯度石墨组成，上面密密麻麻地覆盖着约12000个直径为0.9毫米的燃料微粒，每个微粒都涂有一层热解碳和碳化硅，以保护二氧化铀燃料芯。这种逐层包覆的技术和工艺可以保证反应堆燃料元件的最高温度永远不会超过其1620℃的安全极限，因此燃料颗粒在任何情况下都不会燃尽，这就决定了高温气冷反应堆在任何情况下都不会有放射性泄漏的可能性。该设计如此全面，以至于国际工业界认为，即使燃料球周围发生爆炸，也不足以摧毁直径小于1毫米的燃料颗粒。

杨燕华总结道:“过去，核电厂的安全设计是尽可能减少事故发生的概率，而高温气冷堆根本不允许事故发生。”

2012年，国际权威的荷兰核研究咨询公司PETTEN对中国完全独立的燃料组件知识产权进行了辐射测试。结果裂变气体的释放率保持在10-9次方，远远优于设计标准，明显优于其他国家的同类部件。

据报道，该燃料元件将很快应用于山东省荣成市石岛湾200兆瓦高温气冷堆示范电站。