霞浦的这两座核反应堆为什么能被称作核电技术的旗舰

前阵子在霞浦观鸟，乘桴浮于海，就看见了远处岛上一处热火朝天的工地。定睛一瞧，这不是，核电站吗？

这是正在兴建中的中核霞浦核电站。右边的是一号机组，预计今年就能并网发电，左边是二号机组，预计2025年建成。

我国能源格局决定了东部缺电，核电是东部能源缺口的重要解决方案。这几年在东部沿海，核电站已经不是什么稀罕物了。但是这两个反应堆，却依然是稀罕物。

很稀罕。

这两个反应堆，型号是CFR-600，600兆瓦钠金属池式冷却快中子反应堆，是目前中国乃至全世界新一代核电技术的旗舰堆型。

先说什么是快中子反应堆。目前所有的核反应堆采用的都是裂变产能，也就是一个重的原子核，比如铀、钚之类的，在被中子撞击之后，碎裂成两个较轻的原子核和一些中子。这个过程有一部分质量变成能量。产生的中子碎片继续撞击其他的重原子核，让反应继续。这就是链式反应，说起来很简单。

然而，中子跟中子不一样，裂变产生的中子，速度比较高。速度高未必是好事，常见的裂变材料铀235就不能跟速度过高的中子反应，因此普通反应堆里必须要有能让中子减速的东西，最常见的就是水。减速之后的中子，称为热中子。目前不管是军用还是民用，最主流的就是热中子反应堆，简称热堆。热堆的最常见燃料就是铀235。

问题来了，铀235是铀的一个天然同位素，它在自然界中的含量极低，只占所有铀的大约0.7％。超过99％的，是铀238，也就是俗称的贫铀。数量占绝对多数的铀238之所以被称为贫铀，原因是它很难当做核燃料，要让它发生裂变，需要能量非常大的中子，比它裂变产生的中子能量还大才行，所以无法产生链式反应。打个比方就是贫铀是特别难烧的木柴，即便用很高的温度点燃了它，燃烧产生的热量都不足以维持燃烧。

废物。铀238就是核工业里最主要的废物，好在本身很硬，被军工拿去当装甲板或者穿甲弹材料，美国的M1A2坦克的某些版本里炮塔前部就有两块贫铀材料的装甲板。另外说一句，贫铀本身的放射性不强，但是一旦燃烧破碎变成气溶胶，吸入身体还是很危险的。

然而，人们刚开始建反应堆的时候就发现，作为废物的铀238，在堆里会有一些变成别的东西。吸收了一个快中子之后，它会变成铀239，经历两次衰变，它变成了另一种元素-钚239。

钚239，是比铀235更好的裂变材料。钚，原子序数94，是天然存在的最重的元素，在自然界中的含量极低。因此，有些反应堆，特别设计来被生产钚239。

有了足够的钚239，快中子堆就变成了可能。怎么就可能了呢？快堆，一般是用钚239作为核心裂变材料，外面包上一层铀238。一个钚239分裂之后产生好几个快中子，这些快中子虽然还没有快到让铀238裂变，但是别忘了，吸收了一个中子之后铀238就变成了钚239。这样，每一个钚239裂变，都能产生三四个新的钚239。核燃料不但没有消耗，反而增加了。

这就是快堆又被称为增殖堆的原因。

用这种方式，自然界中数量很多，价格低廉的铀238，一举从核废料变成了可燃之材。快堆可以压榨出核燃料60％的能量，是热堆的一百倍。并且由于不再需要体积庞大的中子减速材料，快堆的体积可以变得比较紧凑。

有利就有弊，我们接下来说说快堆的弊端。首先，它需要比热堆数量更多、浓度更高的核心核燃料，本身成本就高。另外，这造成反应堆产生的能量更大更集中，如果不能及时把这些能量转移出来，会烧毁反应堆，造成严重事故。

大部分反应堆使用的冷却剂是水。水是自然界中比热容最高的物质，吸热能力超强，让大家选冷却材料，水肯定是自然而然的选择。不过，水要在管道里当冷却材料，必须要维持在液态，常压下水0℃结冰，100℃沸腾，只有这100°的区间可以用来吸热。福岛出事的几个反应堆，就是沸水堆，当丧失外部电力的时候，循环水泵停转，水温持续升高沸腾，反应堆就变成了高压锅，最终蒸汽泄漏导致放射性污染。

何不主动把反应堆变成高压锅呢？给反应堆内部加压，加到一百多个大气压，这时候水的沸点会升高到300℃左右。这就是压水堆，同样多的水可以比沸水堆多吸收三倍的热量。一旦停机，高压的一回路和产生蒸汽的二回路之间不直接接触，增加了安全性。又但是，能做常压谁想做高压啊，各种高压管路、阀门、法兰盘，既增加成本又增加了安全风险。

这还是散热需求相对较低的热堆，快堆就更难了。

富贵险中求，为了解决快堆更大的散热需求，核物理学家们想到了一个让中学化学老师最头皮发麻的材料---钠。你还记得化学课上老师从煤油瓶子里夹出一粒豆那么大的白花花的钠金属，丢在装了水的试管里，然后会怎样？

会炸。钠的化学性质太活泼了，能跟水反应产生氢气和大量的热。这一点天津人民，尤其是塘沽的朋友可能印象更深刻一些。

但是钠是很好的冷却材料，它常压下的熔点是97.72℃，沸点883℃，虽然比热容只有水的1/3，但是可以保持液态的温度范围是水的7倍多。因此在不加压的情况下跟压水堆的冷却能力差不多。额外的优点还有两个，一个是钠金属导电，因此可以用电磁泵来推动，电磁泵不像机械泵一样需要叶轮之类的运动部件，结构简单，容易密封，故障率低；第二个好处是钠的沸点比反应堆工作温度高，因此无需考虑任何加压防止沸腾的问题。

用金属钠做反应堆冷却剂最大的难题就是要保证它的绝对密封，不能跟空气、水发生接触。

我国在1992年立项研发钠金属快堆，2000年在房山的中国原子能科学研究院内动工“中国实验快堆CEFR”，2012年通过验收。在CEFR的基础上，CFR600应运而生，接下来，还有更大的CFR1000正在筹划中。

前两天马克龙访华中法两国达成了一系列重要的共识，其中就包括核电方面的合作。法国是世界上的核电大国，我国的核电起步，也离不开中法合作的推动。赫赫有名的大亚湾核电站就采用了法国的技术引进。

在钠冷快堆方面，法国人也很有经验。迄今为止全球建成的最大的钠冷快堆，就是法国的“超级凤凰反应堆”，位于法瑞边境上，始建于1976年的这个堆，发电功率1242兆瓦。

超级凤凰也是命运多舛，1977年，6万多名抗议者与警方爆发冲突，1死100多重伤。1982年1月18日晚上，五枚RPG中两枚击中正在建设中的反应堆安全壳，造成轻微损伤。直到2003年，瑞士人Chaïm Nissim承认是自己策划了那起袭击事件。

这位Nissim，属于瑞士绿党，在1985-2001年间一直是日内瓦州大议会的议员。在各种政治博弈之下，运行状况良好的超级凤凰也在1997年被关停，没能够涅槃。下图就是正在拆除的超级凤凰。

核能是一个典型的不进步就倒退的产业。不进步的原因，早在1990年出版的《核能选项》（The Nuclear Energy Option）一书中，核物理学家科恩（Bernard Cohen）就给出了论断：“20世纪80年代，大多数西方国家停止建设核电站的原因并不是害怕出现事故、核泄漏或者放射性废料的扩散，而是因为监管导致成本出现了不可逆的攀升。”

福岛事故正是这样一个典型反面教材。如果日本没有停止新核反应堆的研发和建造，充满各种安全漏洞的旧反应堆就不会超期服役，最终天灾人祸于一身。

除了霞浦这两座钠冷快堆，我国目前还有包括常规压水堆和高温气冷堆等多个先进的堆型在兴建和运营。更安全的核电技术在科学家的硬盘里保存了很久了，现在，我们把它变成现实。