世界首個(gè)＂防熔毀＂核反應(yīng)堆通過安全測試
中國清華大學(xué)創(chuàng)造了世界第一，通過關(guān)閉電源，讓被動(dòng)系統(tǒng)保持對反應(yīng)堆堆芯的控制，證明了首個(gè)運(yùn)行中的商用球床模塊式高溫氣冷核反應(yīng)堆的固有安全性。壓水反應(yīng)堆（PWR）等老式核反應(yīng)堆在設(shè)計(jì)上存在缺陷，需要采取積極措施才能在緊急情況下關(guān)閉反應(yīng)堆，而且安全系統(tǒng)需要電源來驅(qū)動(dòng)冷卻劑循環(huán)泵。此外，這些冷卻劑本身也可能存在問題。
這也是 2011 年福島核電站災(zāi)難比它本應(yīng)發(fā)生的更嚴(yán)重的原因之一。該核電站不僅采用了 20 世紀(jì) 70 年代即將淘汰的過時(shí)設(shè)計(jì)，而且其三個(gè)反應(yīng)堆還遭遇了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其工程參數(shù)的地震和海嘯襲擊，并摧毀了備用柴油發(fā)電機(jī)。雪上加霜的是，周邊地區(qū)的破壞和瓦礫使得緊急救援人員無法及時(shí)趕到核電站以防止冷卻水分解成氫氣和反應(yīng)堆堆芯熔毀而引發(fā)化學(xué)爆炸。
由清華大學(xué)、中國華能集團(tuán)和中國核工業(yè)集團(tuán)公司共同建造的位于山東省石島灣的石島灣核電站球床模塊式高溫氣冷核反應(yīng)堆（HTGR）等第四代反應(yīng)堆則與之不同，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計(jì)旨在確保其固有的安全性。事實(shí)上，工程師們自信地宣稱這種反應(yīng)堆不可能發(fā)生熔毀。
球床模塊式高溫氣冷核反應(yīng)堆不是通過壓力容器內(nèi)的循環(huán)水冷卻燃料棒，而是一個(gè)巨大的無壓料斗，里面裝滿了由濃縮鈾燃料層、起慢化劑作用的碳和碳化硅涂層組成的球床。此外，冷卻劑是氦氣，氦氣的化學(xué)性質(zhì)為中性，在低溫環(huán)境以外的所有溫度下始終為氣體。
球床可以承受高達(dá) 1600 °C （3000 °F）的溫度，盡管反應(yīng)堆堆芯的溫度不會(huì)超過這個(gè)溫度。當(dāng)泵關(guān)閉時(shí)，球床產(chǎn)生的熱量會(huì)使氦氣自然循環(huán)，高表面體積比意味著熱量損失超過了熱量產(chǎn)生。
反應(yīng)堆在核反應(yīng)方面的自我調(diào)節(jié)功能也很有幫助。當(dāng)反應(yīng)堆溫度升高時(shí)，燃料中的原子移動(dòng)得更快，從而產(chǎn)生一種稱為多普勒展寬的效應(yīng)，即中子以不同的速度移動(dòng)。這意味著燃料將吸收更多的快中子，而剩下的維持反應(yīng)的中子則更少。溫度越高，反應(yīng)就越受抑制。簡而言之，它不會(huì)融化。
該系統(tǒng)并不是一個(gè)新系統(tǒng)。它以運(yùn)行了 21 年的德國 AVR 電站為基礎(chǔ)，進(jìn)行了與中國反應(yīng)堆相同的安全測試，只不過前者是一個(gè)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，而石島灣的反應(yīng)堆是世界上第一個(gè)商用球床反應(yīng)堆。在這兩次試驗(yàn)中，堆芯運(yùn)行時(shí)都關(guān)閉了電源，由被動(dòng)安全裝置接管。
在石島灣試驗(yàn)中，與 210 兆瓦蒸汽輪機(jī)相連的兩個(gè)卵石床反應(yīng)堆自行緩和了核反應(yīng)，并保持了安全溫度，堆芯在數(shù)分鐘內(nèi)關(guān)閉。反應(yīng)和溫度都在大約 35 小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定下來。此外，核燃料也沒有發(fā)生劣化。
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