10兆瓦高温气冷实验反应堆：推启先进核能技术应用之门

电力18讯：    新闻中心记者 张莞昀

　　在人眼无法观察到的世界，一种微小的物质拥有着巨大的能量。核能源，它予人威慑，也为人类创造幸福，其差别就在于人类对它的控制。

　　2007年初，由清华大学研制的“10兆瓦高温气冷试验反应堆”获得了国家科技进步一等奖，其技术应用――我国“高温气冷堆核电示范工程”已列为国家中长期科学和技术发展规划中的重大专项，并由中国华能集团公司、中国核工业建设集团公司和清华大学共同合作建造。

　　远见：坚持更安全的核能技术

　　在位于北京昌平区的清华大学核能与新能源技术研究院（以下简称核研院），耸立着三座反应堆：上世纪60年代建成的“屏蔽试验反应堆”、80年代建成的“5兆瓦低温核供热实验反应堆”和世纪末建成的“10兆瓦高温气冷实验反应堆”。

　　其中，10兆瓦高温气冷实验反应堆是核研院人攻坚的一个代表。

　　近年来，随着油价的不断攀升、气候环境问题的日益困扰，以及由石油引发的种种国际关系变动，保障国家能源安全成为各国制定能源战略和政策的首要目标，能源的多元化是保障国家能源安全的重要基础，核能将在我国优化能源结构和多元化的能源发展战略中发挥重要的作用。核能是一种能大规模替代化石能源的清洁能源，使用时既不产生二氧化硫、粉尘等污染物，也不产生二氧化碳温室气体。而且，铀资源在国际上被认为是一种准国内资源，是保障国家能源安全的有效途径。因为核发电成本中天然铀采购费只占极小的比重，天然铀运输和贮存都很方便，贮存的基础设施的费用和贮存管理费也很低，在国际市场有利的情况下还可以大量购进天然铀，用于战略储备，以应付突发事件。因此，发展核能是我国能源可持续发展的必然选择，我国政府已提出了“积极发展核能” 的方针。

　　国际核能经历了美国三哩岛核事故和前苏联切尔诺贝利核事故的打击而停滞发展，但能源紧张和环境恶化又呼唤着先进反应堆。1981年，德国科学家提出了“模块式高温气冷堆”的概念。这种反应堆用氦气做冷却剂，采用全陶瓷型的燃料元件，出现事故不会对公众造成伤害；它采用氦气循环发电，比传统蒸汽循环发电效率提高了5～7个百分点；而反应堆中氦气高达700~950摄氏度的温度，是一种优质热源，可用于水热裂解制氢，为未来氢能时代提供清洁能源，并可进行煤的气化和液化等。这是一种具有重大创新性的新一代先进反应堆。

　　1981年，在西德于利希核研究中心做访问学者的清华大学核能专家王大中，提出了双区球床堆的新概念――环形堆芯模块式高温气冷堆，他的研究成果《一种在严重事故下具有安全自稳定性的球床核反应堆》，在誉为“球床高温堆之父”的苏尔登教授的积极推荐下，获得德国发明专利，并同时获得美国和日本专利。西德报纸报道这项成果说：中国人实现了一个奇迹。

　　清华大学核研院的研究人员认识到核能的安全性和经济性是影响未来核能的关键性因素，模块式高温气冷堆是国际上公认的安全性优异、有发展前景的先进堆型。1986年，我国“863”高技术计划开始实施，清华大学核研院的研究人员抓住这个机遇，在王大中教授的带领和积极推动下，瞄准世界核能发展的前沿，经过三年多的论证和预演，10兆瓦高温气冷实验反应堆项目获得国务院的批准，开始实施。

　　创新：用中国的技术建设中国的反应堆

　　1987年，高温气冷堆被列入国家“863”计划，经过四年的努力，核研院的工程技术人员完成了全部43项子课题的研究，其中15项达到了国际水平、27项达到了国内先进水平。1992年3月，国务院批准在清华大学核研院建造一座热功率为10兆瓦的高温气冷实验反应堆。

　　虽然有建设屏蔽试验反应堆和低温核供热实验反应堆的经验，但建设高温气冷实验反应堆依然存在着相当多未知的技术。为了建设这座核反应堆，核研院人付出了汗水、辛劳、假日，甚至是生命：佟允宪教授、郭人俊教授都在建堆过程中积劳成疾，离我们而去。但所有的付出都是为了这座实验反应堆的建设，所有的付出都是为了中国能够拥有自己的先进核能技术。

　　在高温气冷实验反应堆的建设过程中，核研院的技术人员曾面临着这样的选择：高温气冷实验反应堆的部分技术和元件都可以在德国和俄罗斯引进，这样既不会有种种辛劳与痛苦，也可以更早地实现堆的运行，但引进永远只能慢半拍地跟在其他国家后面亦步亦趋。

　　为了实现技术的自主化，核研院的技术人员开始了艰苦的创新历程。

　　“10兆瓦高温气冷实验反应堆”采用的是“球床”设计，因此关键技术之一就是燃料“球”的生产。这些微小的核燃料“球”弥漫在石墨中组成燃料元件。这种元件是保证高温堆具有优异安全性的最核心技术。

　　制作“球”（全称为“包覆颗粒”）要先把核燃料制成直径0.5毫米的核芯，再在其外面包上四层包覆层，每层只有几十微米厚，而且要严格控制每层的厚度、密度和各向