在綿長的祖國東海岸線上，矗立著許多特殊而神秘的人工“島”——“核島”。

它們之中最“古老”者，也不過30年歷史，但拔地而起的新核島，技術上已經超越國際水平。

其間的代際演變，耗費了許多核工業人的心血。

中國核電起步之時，國際上發達國家的核電站建設已經開始了近30年。

1985年，中國大陸第一座自主研發的30萬千瓦級核電機組在浙江海鹽開建。此時，全世界已有376座核電站在運行，其中很多大功率百萬千瓦級核電機組。

“秦山現場什么都沒有，應該是在修海堤。海鹽只有一個紅綠燈。”曾為中國第一批核電站操縱員的朱曉斌回憶說。

當時，操縱員要去國外培訓，費用約與之等身的黃金價值相當。這是其被稱為“黃金人”的由來。

1990年，中國引進法國技術在大亞灣開建百萬千瓦級核電站。一個面龐清秀的大學畢業生也成為那里的一名新人。

30年后，他將自己畫作中的圖景變成了實體——中國第一座具有自主知識產權的三代核電技術載體——“華龍一號”全球首堆(即福清核電5號機組)。此前，全球擁有該技術的國家只有日本、美國、法國和俄羅斯。

“當時，我們穿的防護服、安全鞋，甚至我們使用的所有辦公用品全是進口的。我們有一個非常強烈的感受——真正的核心技術你是買不來的。”自從大學畢業后，邢繼幾乎參與了中國近30年間所有的核電站建設。建造一座完全由中國自主設計、建造、并管理運營的百萬千瓦級別的核電站，是他從業以來的夢想。

“我們能夠把兩彈一星自己研制出來，為什么就不能研制出來自己的核電站?我們中國人也不比別人笨。”

當邢繼被任命為“華龍一號”的總設計師之時，他的夢想，有了實現的可能。

從藍圖到宏圖，核工業人開啟了大協作“打怪”之路。

全套自主

堆芯 地點：四川成都 核動力院

堆芯是核電站的心臟，是核燃料發生裂變、釋放能量的核心部件。堆芯技術如果受制于人，自主核電就無從談起。

而此前，中國已在運行的百萬千瓦級核電機組，普遍使用的都是引進自國外的157堆芯。

上世紀90年代起，中國核動力研究設計院就開始了堆芯自主研發設計的探索。

堆芯研發涉及336個系統，25個學科，計算量超乎想象;最難的是要研制出多種堆芯型號進行比較。

“我們做了157堆芯的，也做了177堆芯的、193堆芯的等等。通過多個堆芯的比較論證，確定了177堆芯。”核動力院科技委主任吳琳說。

與國際傳統的157堆芯相比，數字只相差20，但擁有177堆芯的“華龍一號”，發電功率提升5%至10%，安全性也增強了。

核燃料

地點：四川宜賓 中核建中

堆芯已定，但核燃料技術仍需實現自主研發。

中核建中核燃料元件有限公司一間倉庫，被稱為核電“糧倉”，所謂的“糧食”，就是一些用來填充堆芯的長方柱體——燃料元件。

核燃料被燒結成二氧化鈾芯塊，它們被疊裝在若干細長的金屬管內，做成燃料棒。按照一定規則排放的燃料棒可組成核電站的燃料元件。而包裹這些燃料的金屬材料，被稱為鋯合金，對核裂變反應起著極為重要的作用。它構成了燃料組件的“骨骼”和“皮膚”。

“這個包殼非常關鍵，它要包容裂變產物，又要把熱能傳導出來，還要有耐長期輻照的性能。” 中核建中總工程師彭海青說。

鋯合金

地點：四川成都 核動力院

鋯合金的性能關乎核電站的安全性和經濟性，它的研制是燃料技術中最難的環節。長期以來，中國只能引進國外技術，照圖加工。

2010年，核動力院的研究人員開始了自主鋯合金的應用研發。

“國內當時都沒有一條完整的用于鋯合金生產和研發的研制線。我們就是在實驗室條件下、小作坊式的研發。”中核集團CF燃料總設計師焦擁軍說。

十幾年、上千次的試驗，研發人員才成功研制出具有自主知識產權的N36鋯合金。

蒸汽發生器

地點：河北秦皇島 設備制造廠

核電技術是把堆芯內燃料核裂變產生的熱量轉化為蒸汽，輸送給發電機用于發電，這一關鍵環節需要蒸汽發生器來實現。

“華龍一號”首堆的蒸汽發生器是一個長21米、重365噸的龐然大物。

穿管，是其裝配過程中較難的環節。5835根管，幾乎沒有一根完全相同，無法使用機器穿，需要幾個工人協同精準操作，確保管子順利穿過九層支撐板，一旦卡住，很可能會造成整個蒸汽發生器報廢。

自主創新的設計，大到尺寸，小到核心部件，甚至是每一條焊縫，都跟之前制造廠生產過的不同。

為了解決設計給制造帶來的困難，“華龍一號”蒸汽發生器總設計師張富源經常要往返于成都與秦皇島的制造廠之間。

頻繁而高效的溝通，是造就前所未有之華龍速度的重要原因之一。在美法等核電強國，三代核電技術首臺蒸汽發生器的制造一般需要38個月左右，而“華龍一號”蒸汽發生器的制造僅僅用了27個月。

土 建

地點：福建福清 核電基地

2015年5月，“華龍一號”全球首堆在福清正式開工建設。土建工程，同樣是需要攻克的難題之一。沒有成熟的經驗可以借鑒，沒有相同的堆型可以參照，一切都要在摸索中前行。

“華龍首堆有三新：新設計、新設備、新廠家，項目控制有一系列全新的要素，需要我們通過高效的管理來推動和實現。”福清核電有限公司總經理趙皓說。

2017年5月，工程進入土建階段最關鍵環節——穹頂吊裝。為了這一刻，建造穹頂的上千名工人已經準備了兩年。

“華龍一號”的穹頂直徑46.8米，厚度僅為6毫米。風速風向的變化，很容易導致吊裝鋼絲繩受力不均，造成穹頂變形，無法精準落入核島頂部最窄處，只有10毫米寬的導向槽。

這次吊裝被施工團隊稱為“刀鋒對接”。

平時讓人們心曠神怡的海風，在核電站建設時卻成為最讓人頭疼的因素，給穹頂吊裝帶來了難以想象的困難。

“穹頂吊裝的過程，對風速要求非常高，五級風以下才能進行吊裝。福清現場的實際情況，每年360多天，六級風以上的就占了200多天。我提前一個月就要測風速。把每天24小時的風速測定下來進行對比。”中核二四公司福清核電項目部副總經理王順澤說。

最終，“華龍一號”全球首堆成功“加冕”。

多重防御

應急柴油發電機組

廠外斷電后的“速效救心丸”

“華龍一號”是在一路總結全球已發生或可能發生的、不限于核電站的各類重大事故風險的過程中誕生的。

在其實際運行前，有一個重要的測試——廠外斷電。

在浩大的核電站內，將有上百個系統的廠外電源同時會被人為切斷，以此測試核電站在失去全部廠外電源的情況下，是否還能夠保證運行的安全。這是“華龍一號”調試階段參與人數最多、風險最高的試驗之一。

日本福島核事故暴露了一個嚴重缺陷——單一的電源供水系統，一旦斷電將會引發災難性后果。

為了避免悲劇重演，研發團隊首先為“華龍一號”配置了“速效救心丸”——應急柴油發電機組。在核電機組自發供電和外部電網供電全部失去后，應急柴油發電機組要能夠及時啟動，來保證電站的安全。

廠外斷電試驗，就是為了驗證其是否有效、可靠。

中核工程福清項目部調試部技術隊隊長劉光偉是失去全部廠外電源試驗的統領者，他們為這項試驗準備了1年多的時間。

“前期的工作沒有瑕疵地完成后，我們才能做這個試驗。”

福清核電調試工程師宋雨蒙在試驗中主要負責風險管控，在他看來試驗的目的并不是為了追求一次性成功，而是后果可控的失敗。

“我們的主要目的是發現機組的隱藏缺陷，并解決問題。”

雖然準備長達一年，但試驗過程只有不到一分鐘。試驗的執行過程，動作幾乎涉及全廠設備，任何一個設備未按照預期動作，就有可能造成極其嚴重的后果。

最終，廠外斷電試驗順利完成。

非能動安全系統

極端災害下的自我防御模式

假設應急柴油發電機也發生故障不能發電了，這種極小概率事件的發生，必須在總設計師邢繼的考量之中。

“‘華龍一號’安全設計上有五道防御體系。前面的防御體系失守，還可以退防第二道甚至第三道。為了應對類似福島這樣的核事故，我們就采用了一種叫做非能動的安全系統。”

非能動安全系統，是指在外部電源和動力完全喪失后，僅依靠重力、溫差等提供動力，讓冷卻作用的水循環排出反應堆事故后產生的余熱來保證安全。

即便有一天“華龍一號”受到“排山倒海”式的沖擊，也能啟動“自我防護模式”，防止福島核事故的重演。

防人因

知識、技能、心理全覆蓋

設備安全了，但再認真的人也有可能出現失誤。疲勞、情緒變化、時間壓力，每個因素都可能帶來誤操作。

每天早晨，是“華龍一號”主控室里最繁忙的時候，這里相當于核電站的大腦。所有電站運行的操作指令，都由操縱員從這里發出，他們被稱為核電站的安全衛士。

福清核電運行值李棟作為這一班的值長，需要對核電站的每一個系統甚至零部件都了然于胸。要達到如此驚人的技藝，必須經歷極其嚴苛的培訓與考核。

“兩年多的時間，要經歷上百場考試。培訓成績合格，才能去參加操作員考試，考試還分為現場考試、筆試、口試，到最后還有心理測評。”

沉著、冷靜是多數人對操縱員的第一印象，而操縱員更愿意用“保守”來定義自己的工作狀態。

壓力容器

把事故產生的放射物包起來

假設人為因素導致核事故已經發生，而這時所有供電系統都已損壞，非能動系統也失去了作用。“華龍一號”要如何確保事故產生的放射性物質不會泄露到外部?

邢繼說：“必須有能力把它包容起來。”

反應堆壓力容器是核電站重要的實體安全屏障之一，一旦堆芯損壞，它必須要把放射性物質包容在其中不能外溢 。

“華龍一號”壓力容器高約11米，凈重316噸，它的加工精度執行的是全球核電裝備的最高標準，需要機床一刀一刀地連續切削72個小時，才能保證密封面的整體平整度，誤差不超過0.05毫米。

壓力容器被水平吊運進核島后，還將迎來一個極具挑戰的過程——安裝。

反應堆壓力容器是整座核電廠里目前唯一無法更換的關鍵主設備。這就要求在安裝過程中，必須保證所有接口精準對位。稍有差池，造價幾億元的設備就會報廢。

“壓力容器在運輸過程當中是水平狀態的，到核島里以后，要把它豎立起來放到堆芯里面去。這個翻轉過程是現場施工難點。”中核二三公司福清項目部主設備安裝現場執行總指揮李金洲說。

在起重專家、監控人員和各相關單位的密切配合下，壓力容器完美地完成了安裝任務。

“華龍一號”的壓力容器作為重要的安全屏障，發生核裂變反應的堆芯被嚴密地包裹在其中，即便發生核事故，放射性物質也會被牢牢地禁錮在壓力容器之中。

其設計使用年限也從之前的40年延長至60年。

雙層安全殼

防止有害氣體擴散、抵御極端災害

還有什么因素會威脅到核電站的安全?這是“華龍一號”設計師時常思考的問題。

核電站中那個標志性的圓柱體建筑叫做安全殼。是整座反應堆與外界隔離的一道極為重要的安全屏障。

美國“911”事件的發生，使防止大型飛機撞擊也成了“華龍一號”安全殼設計過程中要考慮的風險。

“我們設置了一個雙層的安全殼，內殼主要用來應對反應堆發生事故以后，放射性氣體不會在事故后擴散到環境當中。而外殼，我們重點用來抵御外部的各種極端的自然災害，包括龍卷風、臺風、飛射物，甚至包括大飛機的撞擊。”邢繼說。

“華龍一號”內外安全殼厚度，分別達到了1.3米和1.8米。為了可以抵御大型飛機撞擊，安全殼采用了直徑40毫米、目前世界上最高級別的鋼筋，僅外安全殼就有4層這樣的鋼筋。鋼筋的用量，比以往核電站增加了兩倍。

“華龍一號”很大一部分建設成本都是為了追求極致的安全而設置，其安全性甚至超過了全球最高標準。

2020年11月27日，“ 華龍一號”全球首堆成功向電網輸送出了第一度電。

“華龍一號”核電技術目前已經在國內展開批量化生產。同時也成為代表國家核心競爭力的“國之重器”走向世界。

“華龍一號”海外首堆——巴基斯坦卡拉奇K2/K3兩個機組全部建成后，每年發電量將超過180億千瓦時，可以支撐起巴基斯坦近三分之一的電力缺口。

除了巴基斯坦，中核集團正在與阿根廷、保加利亞、沙特、巴西、阿聯酋、加納等近60個國家商談核電及核工業產業鏈合作。

“核能的發展不僅是要解決我們的能源問題。我們核技術應用的發展，也會為我們的醫療、農業、工業、其它制造業帶來一些技術性革命性的變化。我們和中國核工業始終是對外、對世界開放的。”中核集團董事長余劍鋒說。

隨著人類文明的發展，作為文明推動力的能源需求將呈幾何級數增長。核能作為未來極具潛力的能源，被寄予厚望。

中國作為世界核電領域的倡導者，在為人類尋求終極能源的路上不會缺席。