核电站，真的安全吗？

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。

对于核电，相信大家多多少少都有了解，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，我们来核电站实地探访，解答一下大家心中的疑问。

01核电站是怎么运行的?

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，虽然名字带“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。

华龙一号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，装有177组燃料组件，铀235在吸收中子后发生核裂变，同时放出大量的热量，加热与反应堆直接接触的除盐水，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℃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，被密封在传热管中的一回路水，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，在蒸汽发生器内，二回路的水会被 “烧开”，形成水蒸汽，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的 “核岛”与不接触核材料的“常规岛”。

反应堆是核岛中的核心组件，在它的内部，装载着核电站的能源心脏，由177组“燃料组件”按照核燃料富集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块。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，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 ”。‍所以为了稳定地转化电力，核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是安全的。

02核电站结构上如何防护

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，则是突发情况下绝对的布防重点。

为了保护突发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%以上都会滞留在核燃料芯块中，不会被释放出来。而核燃料芯块则被压紧“封印”在两端密封焊接的金属包壳管内。这种材料能够承受1200℃的高温，防止放射性物质进入一回路的水中。

在反应堆的外围，则是第三道屏障一部分的压力容器，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。

在压力容器外，华龙一号还有双层混凝土安全壳作为最后一道屏障。也就是大家现在看到的这个巨大的圆柱形水泥罩子。

华龙一号的安全壳分成内外两层，外层壁厚1.5米，内层壁厚1.3米，内壳的内表面还加有6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。

据统计，单在一个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。

03核岛的安全结构如何保证这种危机时刻的安全

不过，对于核电站来说，在极端情况下“坚固”还远远不够。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。华龙一号还配备了四套冷却反应堆的安全系统‍作为核电站的“应急预案”。

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，从放置在核岛的安全水箱中抽水并注入到堆芯和蒸汽发生器所在的回路中，并启动喷淋装置给安全壳降温。

但是，不管是紧急注水还是喷淋，也还是需要电力的驱动。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动力电源的“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，当检测到反应堆需要冷却时阀门自动启动，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，核岛也能完成散热。

并且，混凝土安全壳的“穹顶”外面这一圈凸出来的“帽子”里，也有一系列存满了冷却水的巨大水箱，通过热管水箱连接着安全壳内的换热器。

当安全壳过热时，内部的温度会加热换热器，把安全壳“帽子”里的水烧开，通过水蒸汽把热量带出去。即使这些措施全部失效，反应堆真的发生了熔毁，也同样有能动与非能动两套方案进行堆腔注水，对压力容器进行冷却，将融化的放射性物质控制在压力容器内。

最后的最后，即使真的发生了最坏的情况，堆芯发生熔毁，安全壳两层之间采取的负压设计也能保证两层之间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，最大程度降低放射性物质的外溢。

04华龙一号的人控安全保障

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。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”操作员要进行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。除了专业知识之外，在核电站的工作环境下，即使是一个最简单的按钮操作，万一操纵员理解错了指令，或者按错了钮，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。