龍的搖籃：華龍一號的“中國心”_風聞

文章來源丨我是科學家

本文為“科幻科普作家進新國企”活動的一部分，寫作取材過程部分接受了中國核工業集團的實地取材接待

當人們還在對門口的信號基站指指點點，又怎麼可能期待一座座核電站建立起來？然而，當見過了它真實的樣子，就會意識到，我們原先的恐懼，僅僅是出於未知。4月24日，有幸受到國資委和中核集團的邀請，我前往成都的某核工業研究機構，進行拜訪。

這個單位的大門上沒有任何字跡，對外只有一個代號：909

位於西南某處山裏的909紀念碑。

核潛艇起家

909前身是研究核潛艇的。故事開端於毛主席當年的一句“核潛艇，一萬年也要搞出來!”

1965年8月，核潛艇工程啓動。

而核潛艇，最重要的還是那個“核”，也就是核反應堆動力源。這裏的核反應是指核裂變。根據愛因斯坦婦孺皆知的方程：E=mc2。物質質量“消失”時，會產生巨大能量。

最著名的例子，我不説你都知道，就是原子彈。

1965年9月，代號909的研究基地成立。次年，8000人從全國各地，操着各種口音，開進了西南地區的這座山溝。

當時，整個研究團隊，幾乎沒人懂核，更沒人懂核潛艇。資料極度匱乏，研究人員手頭只有三張模糊不清的照片和一個美國的潛艇玩具。更倒黴的是，趕上了困難時期，8000子弟到了這裏，第一年基本是在採野菜。當時，核潛艇總設計師彭士祿，住着簡陋的土房子，房間裏只有一張行軍牀和一個書桌。

核潛艇總設計師彭士祿當年的住處

但就是這種環境，中國人從零開始，克服萬難，搞起了核潛艇。1971年，我國第一艘核潛艇“長征一號”試航。

核潛艇，不用一萬年，五年就夠了。

華龍一號

現在的909，將更多的精力投注到了新的領域——核電站。核電站的工作原理也簡單：通過精心控制核裂變，用核能去加熱水，產生水蒸氣驅動發電機發電。簡單來説，就是“燒熱水”。

核電站工作原理，圖片來源：維基百科

相比於火電站，核電站“燒熱水”的資源利用率更高，據計算，1千克鈾裂變釋放出的能量相當於2500噸煤。

中國目前最好的核電站，名叫“華龍一號”。

建設中的華龍一號核電站，供圖：中國核動力研究設計院。

我們得到機會，跟“華龍一號”的主要設計者們進行了一次談話。從事核電站研究的各位，不過都是普通人模樣。混在人羣中，你很難想象，他們的手裏，掌握着驚天動地的力量。不過，從核動力歷史，到蒸發器製造，只要開始談“核”，他們眼裏就會發光。當然，説到某些內容時，談話會戛然而止，雙方有默契地笑而不語。

從目前公開的資料來看，“華龍一號”最核心的兩部分：一個是堆芯，另一個是安全系統。堆芯裏面存儲着核原料，通過裂變反應,產生熱量，加熱周圍的水。從這個意義上來講，堆芯，就如同一個核裂變版的“熱得快”。堆芯的外形如同一大把插在筷子籠裏的筷子，“筷子”的數量及排列方式，是核電機型最核心的特徵。

“華龍一號”堆芯，圖片來源：China-nea.cn

國外普遍採用堆芯的構型是“121堆芯”和“157堆芯”，即每個堆芯裏面有121或者157個燃料組件。1997年，我國學者首次提出“177堆芯”的概念，也就是把堆芯中組件數量提升到177個。增加組件數量，不僅可以提高發電功率，又能有效降低每個單獨燃料組件的運作功率，提高安全性。當然，這一方案也是經過了十餘年的探索與優化，才最終投入使用。現在，説到核電站，只要一提“177”，全世界就知道，這是中國人的技術。

安全到飛機撞上都沒事

安全，肯定是我們最大的疑慮。

首先，這有兩個基本常識：

1、核電站絕對不是原子彈，核電站不可能發生核爆炸。因為鈾的濃縮度不夠，原子彈中的鈾-235含量高達90%以上，而核電站中用到鈾的濃縮度不超過5%。

2、核電站的輻射水平很低。衡量輻射對生物影響的單位叫做西弗（Sv），核電站周圍的輻射是每年0.01毫西弗。與之相比，自然界中，來自天空、海洋、土壤、空氣中的輻射是每年2.4毫西弗；再比如，從北京坐飛機往返巴黎，受到的輻射是0.04毫西弗。換句話説，去歐洲旅行一次，受到輻射量，相當於在核電站附近住了四年。

如今，核電站最大的安全隱患，是突發意外後，裂變反應所殘餘的巨大熱量。這就如同，用電磁爐搞了頓火鍋，吃完菜，關了電源，但爐子依然燙手。

在這件事上，人類吃過最大的虧是日本福島核電站事故。

2011年3月20日無人機航拍的海嘯後的福島第一核電站，從右至左分別是第1、2、3、4機組。冒出的白煙是水蒸氣。圖片來源：Air Photo Service Co. Ltd., Japan

2011年，日本東北部發生里氏9級強震，電網遭到了大面積破壞。位於此地區的日本福島第一核電站，全廠斷電，反應堆關停。為了應對巨大的餘熱，福島核電站採用的措施是，藉助外部電力把餘熱排出，這套系統叫做“能動”安全裝置。

然而，福島核電站中，作為備用電源的應急發電機被海嘯淹沒。沒了電力，能動系統陷入癱瘓，無法給反應堆降温。巨大的熱量無法導出，堆芯熔燬。同時，反應堆材料與水蒸氣反應產生了大量氫氣，在廠房內聚集。熱量+氫氣，一場爆炸在所難免。巨大的衝擊波掀翻了廠房，同時噴射出大量放射性物質。

“福島核事故”被定義為7級核事故，上一次得到這個評級的，是切爾諾貝利。

而此時，“華龍一號”的前身——CP1000已經通過了安全審查，正準備動工建設。福島事故發生後，我國緊急暫停了相關項目的所有工作。一名高級工程人員回憶道，“就好像婚禮上，迎親的隊伍已經出去了，突然這婚不結了。”

沒辦法，為了安全，需要再升級，也就有了如今的“華龍一號”。吸取了福島的教訓，“華龍一號”在原有“能動”系統基礎上，又引入了一套“非能動”安全裝置。所謂的“非能動”，是指事故發生後，不用電力，就可以導出餘熱的安全措施。

華龍一號“非能動”部分安全裝置實驗台，供圖：趙洋

華龍一號的“非能動”系統主要有三部分，分別是：冷卻水箱，消氫裝置和雙層外殼。首先，華龍一號中有巨大的冷卻水箱，裏面存着約三千噸的水。發生嚴重事故時，在重力作用下，這些水會迅速注入堆腔，冷卻堆芯。第二是消氫系統。為了防止福島出現的氫氣爆炸，華龍一號安裝了幾十台氫氣複合器，裏面有很多催化劑，可以通過化學反應將氫氣變成水。再有，不同於現有核電站的單層外殼，華龍一號的外殼有兩層。這種安全殼除了能防止放射物跑到室外，還能抵抗外部的巨大沖擊。

雙層殼有多安全呢？工作人員説：“飛機撞上都沒事”。

看似繁瑣冗餘的安全措施疊加在一起，雖然提升了成本，但是，華龍一號想做的是，100%的安全。

國家名片

“華龍一號”整套機組共有6萬多台設備，5300多家企業涉及生產，20萬人先後參加建設。而且，全是中國自己的技術。177堆芯，“能動+非能動”安全系統，全自主知識產權，“華龍一號”是中國的一張國家名片。

現在，已有兩台“華龍一號”機組在巴基斯坦開始建設，並與多個國家達成合作意向。

華龍一號全球首堆示範工程福清核電基地，圖片來源：中核集團

2020年，華龍一號，將首次商運。

這條中華之龍，明年，起飛。