“10月18日至22日，第81届世界科幻大会将在成都举行。近日，红星新闻与国家商报联合推出“幻影未来，全球追光”大型媒体报道，追寻科幻变为现实背后，不同文明共享的科技之光与梦想。
今天，我们带您在福建福清兴化湾海岸附近，探访我国拥有完全自主知识产权的第三代核电示范工程——华龙一号，探索人类能源的应用极限。
▲福建省福清市福清核电站“华龙一号”福清6号机组
2019年科幻电影《流浪地球》上映后，一系列物理术语——“核聚变”、“太阳氢闪”出现在互联网社交平台的热搜中...在电影的热度下，冰冷的科学知识似乎也热了起来，大众向往硬核的科学知识。
40年前，刘就对这个神秘的领域产生了兴趣:“我上中学的时候就对原子弹氢弹感兴趣，觉得核科学很神秘，是一个未知的世界。”因此，本着探索核科学的精神，刘在大学时选择了核反应堆工程专业。“后来我了解到核科学也可以用来发电，于是我走上了和平利用核能的职业方向。”
刘这个曾经对神秘的核科学充满向往的学生，如今已经成为中国核电研究设计院华龙一号的总设计师。
所谓核能，就是利用原子核中所含的能量来产生电能。一个直径只有头发百分之一的原子核，却蕴含着惊人的能量。核电是战略性高技术产业，发展核电是和平时期保持和拥有强大核力量的重要途径。
2022年3月，“华龙一号”示范工程在福建福清全面建成并投入运行。两台机组年发电量近200亿千瓦时。一台机组并网后，可以满足一个中等城市的电力需求。作为我国完全自主知识产权的第三代核电技术，“华龙一号”的诞生，标志着我国在第三代核电技术领域跻身世界前列，技术水平和综合实力进入世界第一方阵。
一个“中国核心”
潮水拍打着福建福清兴化湾海岸，这里依山傍海。放眼望去，福清核电基地的6台机组傲然矗立在岸边不远处。在这6台机组中，有两台机组格外显眼，这就是我国完全自主知识产权的第三代核电——华龙一号示范工程。
这背后是中国核电工作者30多年的科技攻关和不断创新。
时间回溯到1996年底，秦山核电站主体工程正在建设中，工程设计装机容量为两台65万千瓦压水堆核电机组。“虽然秦山二期还在建设，但那时候大家已经在讨论中国什么时候能有百万千瓦核电机组了。”刘强调，“我们要实现中国人自己的百万千瓦级核电站。”
中国百万千瓦级核电站的自主创新之路已经十几年了。
▲福清核电1-6号机组全景
堆芯是核电站的心脏，是核燃料裂变和能量释放的核心部件。如果核心技术被人控制，自主核电无从谈起。
“在此之前，国外核电技术的堆芯大多采用121或157燃料组件。我们在核心设计等方面没有完全自主的知识产权，经常受制于人。”刘对说:
经过大量论证，中国核动力研究设计院的专家团队在国外常用的157组堆芯的基础上，增加了每个象限5组组件和4个象限20组组件，形成了177组堆芯的创新设计。
“177芯”是中国第三代核电区别于国外技术的最重要特征。它由177个燃料组件组成，体积更大，提高了核电机组的发电量，降低了堆芯的功率密度，提高了核电站的安全性。这也将堆芯换料周期从通常的12个月延长至18个月，并将电厂利用率提高至90%以上。
反应堆的设计是核电技术的关键领域，这个“中国芯”是华龙一号自主知识产权的基础。
▲“华龙一号”福清6号机组
不再“卡脖子”
“中国人自己的百万千瓦级核电站”简单的一句话，背后却是多年艰辛的科技攻关。
比如核电站主要设备之一的蒸汽发生器的自主研发过程。走在福清核电5号机组核岛内部，三个20米高的巨大白色圆筒装置格外显眼。它们的学名是“蒸汽发生器”，是核电站的主要设备之一。
蒸汽发生器结构复杂，内部零件一万多个，价格昂贵，往往上亿元。过去，大型核电站蒸汽发生器的设计技术和知识产权掌握在美国和法国的少数设计公司手中。
刘告诉记者，在“华龙一号”的早期设计过程中，就打算从国外公司购买这种设备。“经过多轮会谈，基本上什么都谈好了，但是到了最后一步，对方坚持说，如果将来这个蒸汽发生器的核电技术用于出口，必须经过它的批准。”刘说在场的中国专家不能接受。“相当于给汽车买了一个轮胎。结果，轮胎制造商不允许这款车出口。”
“从那以后，我们更加坚定了发展具有完全自主知识产权的三代核电技术的决心。”刘说，研制蒸汽发生器需要合适的蒸汽来测试设备的性能。“很难找到有大量蒸汽的实验场所。经过多方努力，终于在河南南阳油田找到了合格的实验条件。”刘说，由于油田有自己的生产工作，它只能协商使用蒸汽消耗的宝贵“窗口”时间。“为了抓紧时间，实验需要连续进行，科研人员经常需要24小时待在冰天雪地里。啃馒头泡方便面更常见。”
▲华龙一号
不断攻克结构设计、知识产权、性能验证、软件设计、关键材料国产化、制造技术国产化等技术难关。仅27个月后，“华龙一号”第三代核电ZH-65蒸汽发生器问世。
蒸汽发生器只是一个缩影。先进的堆芯测量系统和核燃料元件的包壳材料...通过大量关键设备的自主创新，华龙一号不再“卡壳”。
作为我国完全自主知识产权的核电型号，华龙一号已获得700多项专利和100多项软件著作权，涵盖设计技术、专用设计软件、燃料技术、运维技术等诸多领域。“有了华龙一号，中国核电人可以站直了，从‘借船出海’走向‘出海’。”刘对说:
核电站的安全“双保险”
安全性是第三代核电与第二代核电最显著的区别之一。“主被动”安全技术相结合是“中国完全自主知识产权的第三代核电技术”的显著特点之一。其特点是不依赖外部能源，仅依靠自然循环和重力就能保证核电站的稳定，为核电站安全打造了“双保险”。
“双保险”安全制度源于福岛核事故敲响的警钟。
2011年2月28日和3月1日，“华龙一号”前身CP 1000通过安全审查，进入工程建设阶段。这个项目只持续了几天。3月11日，日本福岛第一核电站发生放射性物质泄漏事故。受此影响，中国核电项目建设全面暂停。“打个不恰当的比喻，就像有个孩子，在快要出生的时候突然就没了。”刘对说，“当时大家都哭了。我们从1997年开始努力了很多年，就等着今天。结果它停了下来，给了我们很大的打击。”
▲“华龙一号”福清6号机组内部
此后，科研人员对照世界上最先进的技术和最严格的标准，对“华龙一号”进行了一系列安全升级。“主被动”是维护华龙一号核电模型安全的核心。
简单来说，“动态”就是用电来驱动安全系统，保证核电站的运行。“这项技术已经成熟且安全，但在极端情况下仍有危险。比如福岛核事故中，核电站失去供电，导致冷却系统失效，堆芯余热无法排出，反应堆部分熔化，导致放射性物质泄漏。”刘对说:
为了克服这个问题，核能研究所以“被动”方式开发了一种创新的安全设计。刘说，华龙一号的“非能动”安全设计不依靠电力，而是依靠电位差、密度差、高度差，形成自然循环。“利用重力将堆芯衰变热转移到应急冷却水箱，从而降低堆芯温度，避免事故发生。”刘说，“因此，华龙一号完全可以避免像福岛核事故那样的核灾难。”
▲“华龙一号”福清6号机组汽轮机车间
有“四川基因”
一台机组可以满足一个中等城市的电力需求。
“华龙一号”的诞生，标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列，技术水平和综合实力进入世界第一方阵。
这种“国之利器”有“四川基因”。“华龙一号”的很多关键设备都是四川生产的。比如DCS控制系统来自成都，“核电的核心”核燃料组件来自宜宾，带动四川30多家企业和科研院所参与配套。产业规模超过300亿元，涉及重大装备、数字仪表控制等领域。
刘说，从中国第一代核潜艇陆上模型堆到世界领先的第三代核电技术华龙一号，四川核电产业链不断升级，产业体系不断完善，产业圈不断扩大。
▲福清核电1-6号机组全景
目前，国内外华龙一号首批工程4台机组已全部投入商业运营，福建漳州一期、海南昌江三期等“华龙一号”新机组已开工建设。华龙一号的商业运营不仅能产生巨大的经济效益，而且对改善我国能源结构、帮助二氧化碳排放见顶、实现碳中和战略目标具有深远意义。
据了解，华龙一号1台机组并网发电后可满足一个中等城市的用电需求，每年减少煤炭消耗530万吨，减少二氧化碳排放1300万吨。相当于种了2.6亿棵树，占地300万亩，覆盖了北京近五分之一的面积。
按照目前的市场情况，每台“华龙一号”机组在寿命期内将在中国创造2000亿元以上的产值，提供15万个以上的就业岗位。此外，“华龙一号”机组每出口一台，将带动我国相关机电产品和材料出口近200亿元。
“核能是一种低碳能源。先进的核能技术可以提供优质热源，实现多用途利用，涵盖电力、制氢、供热供汽、海水淡化等领域，必将成为低碳生活经济发展的重要能源支撑。”刘对说:
红星新闻记者彭静摄影记者秦王来自福建福清。
编辑李