霞浦的這兩座核反應堆為什么能被稱作核電技術的旗艦

前陣子在霞浦觀鳥，乘桴浮于海，就看見了遠處島上一處熱火朝天的工地。定睛一瞧，這不是，核電站嗎？

這是正在興建中的中核霞浦核電站。右邊的是一號機組，預計今年就能并網發電，左邊是二號機組，預計2025年建成。

我國能源格局決定了東部缺電，核電是東部能源缺口的重要解決方案。這幾年在東部沿海，核電站已經不是什么稀罕物了。但是這兩個反應堆，卻依然是稀罕物。

很稀罕。

這兩個反應堆，型號是CFR-600，600兆瓦鈉金屬池式冷卻快中子反應堆，是目前中國乃至全世界新一代核電技術的旗艦堆型。

先說什么是快中子反應堆。目前所有的核反應堆采用的都是裂變產能，也就是一個重的原子核，比如鈾、钚之類的，在被中子撞擊之后，碎裂成兩個較輕的原子核和一些中子。這個過程有一部分質量變成能量。產生的中子碎片繼續撞擊其他的重原子核，讓反應繼續。這就是鏈式反應，說起來很簡單。

然而，中子跟中子不一樣，裂變產生的中子，速度比較高。速度高未必是好事，常見的裂變材料鈾235就不能跟速度過高的中子反應，因此普通反應堆里必須要有能讓中子減速的東西，最常見的就是水。減速之后的中子，稱為熱中子。目前不管是軍用還是民用，最主流的就是熱中子反應堆，簡稱熱堆。熱堆的最常見燃料就是鈾235。

問題來了，鈾235是鈾的一個天然同位素，它在自然界中的含量極低，只占所有鈾的大約0.7％。超過99％的，是鈾238，也就是俗稱的貧鈾。數量占絕對多數的鈾238之所以被稱為貧鈾，原因是它很難當做核燃料，要讓它發生裂變，需要能量非常大的中子，比它裂變產生的中子能量還大才行，所以無法產生鏈式反應。打個比方就是貧鈾是特別難燒的木柴，即便用很高的溫度點燃了它，燃燒產生的熱量都不足以維持燃燒。

廢物。鈾238就是核工業里最主要的廢物，好在本身很硬，被軍工拿去當裝甲板或者穿甲彈材料，美國的M1A2坦克的某些版本里炮塔前部就有兩塊貧鈾材料的裝甲板。另外說一句，貧鈾本身的放射性不強，但是一旦燃燒破碎變成氣溶膠，吸入身體還是很危險的。

然而，人們剛開始建反應堆的時候就發現，作為廢物的鈾238，在堆里會有一些變成別的東西。吸收了一個快中子之后，它會變成鈾239，經歷兩次衰變，它變成了另一種元素-钚239。

钚239，是比鈾235更好的裂變材料。钚，原子序數94，是天然存在的最重的元素，在自然界中的含量極低。因此，有些反應堆，特別設計來被生產钚239。

有了足夠的钚239，快中子堆就變成了可能。怎么就可能了呢？快堆，一般是用钚239作為核心裂變材料，外面包上一層鈾238。一個钚239分裂之后產生好幾個快中子，這些快中子雖然還沒有快到讓鈾238裂變，但是別忘了，吸收了一個中子之后鈾238就變成了钚239。這樣，每一個钚239裂變，都能產生三四個新的钚239。核燃料不但沒有消耗，反而增加了。

這就是快堆又被稱為增殖堆的原因。

用這種方式，自然界中數量很多，價格低廉的鈾238，一舉從核廢料變成了可燃之材。快堆可以壓榨出核燃料60％的能量，是熱堆的一百倍。并且由于不再需要體積龐大的中子減速材料，快堆的體積可以變得比較緊湊。

有利就有弊，我們接下來說說快堆的弊端。首先，它需要比熱堆數量更多、濃度更高的核心核燃料，本身成本就高。另外，這造成反應堆產生的能量更大更集中，如果不能及時把這些能量轉移出來，會燒毀反應堆，造成嚴重事故。

大部分反應堆使用的冷卻劑是水。水是自然界中比熱容最高的物質，吸熱能力超強，讓大家選冷卻材料，水肯定是自然而然的選擇。不過，水要在管道里當冷卻材料，必須要維持在液態，常壓下水0℃結冰，100℃沸騰，只有這100°的區間可以用來吸熱。福島出事的幾個反應堆，就是沸水堆，當喪失外部電力的時候，循環水泵停轉，水溫持續升高沸騰，反應堆就變成了高壓鍋，最終蒸汽泄漏導致放射性污染。

何不主動把反應堆變成高壓鍋呢？給反應堆內部加壓，加到一百多個大氣壓，這時候水的沸點會升高到300℃左右。這就是壓水堆，同樣多的水可以比沸水堆多吸收三倍的熱量。一旦停機，高壓的一回路和產生蒸汽的二回路之間不直接接觸，增加了安全性。又但是，能做常壓誰想做高壓啊，各種高壓管路、閥門、法蘭盤，既增加成本又增加了安全風險。

這還是散熱需求相對較低的熱堆，快堆就更難了。

富貴險中求，為了解決快堆更大的散熱需求，核物理學家們想到了一個讓中學化學老師最頭皮發麻的材料---鈉。你還記得化學課上老師從煤油瓶子里夾出一粒豆那么大的白花花的鈉金屬，丟在裝了水的試管里，然后會怎樣？

會炸。鈉的化學性質太活潑了，能跟水反應產生氫氣和大量的熱。這一點天津人民，尤其是塘沽的朋友可能印象更深刻一些。

但是鈉是很好的冷卻材料，它常壓下的熔點是97.72℃，沸點883℃，雖然比熱容只有水的1/3，但是可以保持液態的溫度范圍是水的7倍多。因此在不加壓的情況下跟壓水堆的冷卻能力差不多。額外的優點還有兩個，一個是鈉金屬導電，因此可以用電磁泵來推動，電磁泵不像機械泵一樣需要葉輪之類的運動部件，結構簡單，容易密封，故障率低；第二個好處是鈉的沸點比反應堆工作溫度高，因此無需考慮任何加壓防止沸騰的問題。

用金屬鈉做反應堆冷卻劑最大的難題就是要保證它的絕對密封，不能跟空氣、水發生接觸。

我國在1992年立項研發鈉金屬快堆，2000年在房山的中國原子能科學研究院內動工“中國實驗快堆CEFR”，2012年通過驗收。在CEFR的基礎上，CFR600應運而生，接下來，還有更大的CFR1000正在籌劃中。

前兩天馬克龍訪華中法兩國達成了一系列重要的共識，其中就包括核電方面的合作。法國是世界上的核電大國，我國的核電起步，也離不開中法合作的推動。赫赫有名的大亞灣核電站就采用了法國的技術引進。

在鈉冷快堆方面，法國人也很有經驗。迄今為止全球建成的最大的鈉冷快堆，就是法國的“超級鳳凰反應堆”，位于法瑞邊境上，始建于1976年的這個堆，發電功率1242兆瓦。

超級鳳凰也是命運多舛，1977年，6萬多名抗議者與警方爆發沖突，1死100多重傷。1982年1月18日晚上，五枚RPG中兩枚擊中正在建設中的反應堆安全殼，造成輕微損傷。直到2003年，瑞士人Cha?m Nissim承認是自己策劃了那起襲擊事件。

這位Nissim，屬于瑞士綠黨，在1985-2001年間一直是日內瓦州大議會的議員。在各種政治博弈之下，運行狀況良好的超級鳳凰也在1997年被關停，沒能夠涅槃。下圖就是正在拆除的超級鳳凰。

核能是一個典型的不進步就倒退的產業。不進步的原因，早在1990年出版的《核能選項》（The Nuclear Energy Option）一書中，核物理學家科恩（Bernard Cohen）就給出了論斷：“20世紀80年代，大多數西方國家停止建設核電站的原因并不是害怕出現事故、核泄漏或者放射性廢料的擴散，而是因為監管導致成本出現了不可逆的攀升。”

福島事故正是這樣一個典型反面教材。如果日本沒有停止新核反應堆的研發和建造，充滿各種安全漏洞的舊反應堆就不會超期服役，最終天災人禍于一身。

除了霞浦這兩座鈉冷快堆，我國目前還有包括常規壓水堆和高溫氣冷堆等多個先進的堆型在興建和運營。更安全的核電技術在科學家的硬盤里保存了很久了，現在，我們把它變成現實。