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人民网记者杜燕飞从中国华能获悉，全球首座高温气冷堆核电站在山东石岛湾并网发电。这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目，标志着我国在该领域成为世界核电技术的领跑者。

石岛湾200兆瓦高温气冷堆核电站

㈠ 高温气冷反应堆的工作原理

高温气冷反应堆采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件，以耐高温的石墨作为慢化剂、以化学惰性的氦气作为冷却剂，顾名思义“气冷”。氦气的出口温度可以高达750℃-950℃，故称“高温”。

其工作原理为：

①当反应堆内的核燃料进行核裂变反应时，释放出的热量由流经堆芯的氦气带入蒸汽发生器，将蒸汽发生器另一侧的液态水加热汽化。冷却后的氦气重新回到堆芯继续冷却反应堆，形成闭式循环回路。

②蒸汽发生器另一侧的水蒸汽被带入汽轮发电机组，将热能转换成电能。

高温气冷堆工作原理示意图

㈡ 高温气冷堆的特点

①高温气冷反应堆具备固有安全性。即是反应堆在不依靠外部动力、信号和冷却剂的情况下，就能确保堆芯核裂变反应不失控；及时带走堆芯的余热，确保堆芯不熔毁；牢牢地把放射性物质包裹起来，确保放射性不泄漏。

高温气冷反应堆的固有安全特性确保核电站避免发生类似美国三哩岛、前苏联切尔诺贝利和日本福岛的核电站事故。

②釆用模块式反应堆设计。其原理是把反应堆拆分成苦干个小的模块，每个模块都可以独立地运行，然后把各自产生的蒸汽合并送入汽轮发电机组。

每个小模块的功率密度比较低。当发生意外时，堆芯的余热可以通过热传导、热辐射非能动地载出，避免堆芯熔化。

有了模块组合的设计，核电站的规模可以根据电力需求灵活配置。这使得高温气冷堆核电站具有更广阔的适应性和灵活性。

③自主研制耐高温全陶瓷包覆颗粒球形核燃料元件。铀燃料被做成小颗粒，每个颗粒外包覆一层低密度碳、两层高密度碳和一层碳化硅，形成直径小于1毫米的包覆颗粒。包覆颗粒均匀弥散在石墨慢化材料中，制造成直径为6厘米的球形燃料元件。发生核反应或者意外发生时，包覆层可以将包覆颗粒中产生的放射性物质留在颗粒内，进一步支撑了固有安全。

铀燃料结构示意图

④反应堆实现不停堆在线换料。在反应堆运行中，新燃料球从反应堆顶部填入，球靠重力落入堆芯。反应过的燃料球再从反应堆底部卸出。整个装卸料过程不需要停堆。这种方式大大提高了运行效率，也大大降低了有效控制核裂变反应的难度。

㈢ 我国高温气冷堆的领军人物王大中院士

王大中院士是国际核能领域的著名专家学者，他带领产学研联合团队实现了我国高温气冷堆技术从跟跑、并跑到领跑的全过程。2021年11月，王大中获2020年度国家最高科学技术奖。

王大中院士

1935年王大中院士出生于河北省昌黎县。1958年毕业于清华大学工程物理系，1982年获德国亚琛工业大学自然科学博士学位。

留学回国后，他加入清华大学核能所，深耕高温气冷堆研究30多年，主持研发并建成了世界第一座具有固有安全特征的10兆瓦模块式球床高温气冷实验堆，为中国建成200兆瓦高温气冷堆核电站奠定了坚实的理论和实验基础。

他还主持研究、设计、建造、运行成功世界上第一座5兆瓦壳式一体化低温核供热堆。

1989年11月王大中宣布5兆瓦低温核供热堆启动运行成功

先后历任过清华大学核能所研究室主任、所长，核研院院长，以及清华大学校长。

㈣ 高温气冷堆的展望

2022年4月2日，国家能源局联合科学技术部发布《“十四五”能源领域科技创新规划》。在重点任务方面，提出：研发（超）高温堆“热－电－氢”多联产应用技术，形成（超）高温气冷堆多用途应用技术方案。

山东石岛湾高温气冷堆200兆瓦核电站的氦气出口温度为750℃，可产生566℃的过热蒸汽。后期高温气冷堆有望进一步提高运行温度到950℃。除了高效发电之外，还可用于核能大规模绿色制氢、热电联产、稠油热采、有望对解决石化、冶金、交通等行业的二氧化碳排放问题发挥关键支撑作用。

高温气冷堆是已经确定的未来第四代核电技术的发展方向之一，有着巨大的发展前景。在未来五年的核电规划中，我国将建成600兆瓦级商用高温气冷堆核电站。

600兆瓦高温气冷堆核电站模型

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