扛得住飛機撞，受得了地震晃，中國核電站為啥這麼牛？

出品| 網易新聞 作者| 一聞，鋼鐵行業研究人員

　　今年1月28日，「華龍一號」全球首堆、福清核電5號機組反應堆壓力容器順利吊裝入堆，這是中國首個具有完全自主知識產權的三代核電工程壓力容器。

　　作為火電、水電之後的世界第三大發電方法，核電因具有清潔環保、經濟性高等優勢而得到人們的青睞，但與此同時，也帶來了諸多隱患。其所產生的放射性污染如果沒有「嚴加看管」的話，將會給人類帶來毀滅性的災難。

　　而安全級別達到在9級地震和波音747等大型飛機的撞擊下也不會發生泄露的「華龍一號」核電是繼高鐵之後，又一張代表中國高端製造業走向世界的「國家名片」。

　　那麼，它為什麼可以這麼牛？這要歸功於核電站的壓力容器、安全殼等一層又一層的安全屏障，它們就像「金鐘罩」一樣，對反應堆形成了密閉保護。

（一）三層鋼甲防護，第三代核電發生泄漏概率百萬分之一

　　由於核能的特殊性，尤其是日本福島核泄漏事故發生以來，核電站的安全性和可靠性引起人們的高度關注。為了守住安全這條生命線，經過驗證性的第一代和標準化系列化的第二代，核電技術已經發展到安全性更高、防範措施更完善的第三代。

　　為防止核反應堆中的放射性物質外泄，包括「華龍一號」在內的第三代核電站反應堆一般都設置了三道防護鋼甲：核燃料棒包殼、一迴路承壓邊界、安全殼，每一道防護都有自己的職責，又與其他防護相互補充，三道防護環環相扣、交叉防禦，對反應堆形成嚴密保護。

　　最內層是核燃料棒包殼，它由可以承受1200℃高溫的特殊合金——鋯合金製成，主要用來防止核燃料棒跟反應堆的冷卻水接觸，避免放射性物質隨著冷卻水泄露到外界。

　　中間是以壓力容器為核心的一迴路承壓邊界，它們是燃料棒包殼破損時的第二道保險，確保放射性物質不會大規模泄露，同時要承受核反應堆運行時的巨大壓力。

　　反應堆壓力容器在高溫、高壓、流體沖刷、腐蝕、中子輻照等惡劣條件下運行，使用壽命要求在40年以上且中途不能更換。因此，一般由高強度合金鋼製成，鋼材具極高的純凈度、緻密度和均勻度，適當的強度和良好的韌塑性，優良的抗輻照脆化和耐時效老化性能，優良的焊接性、冷熱加工性能以及優良的抗腐蝕性能。

　　最外層是最厚可以達到1.8米的安全殼，它是核反應堆安全設施最重要的一部分，也是防止發生核泄漏的最後一道防線。這道厚重的鋼甲，一方面要防止壓力容器爆炸或損壞後，放射性物質及廢水由內部泄露到外部，另一方面要保護核反應堆，避免外力和衝擊進入到內部。

　　安全殼的材料一般是高強度、耐低溫、大厚度的高強度調質鋼板，用鋼量較大，占核電站鋼板總用量的近80%。

　　在層層防護下，第三代核電站發生泄漏事故的概率已經降至微乎其微。以「華龍一號」福清核電5、6號機組為例，在功率工況下，每個反應堆每年堆芯損壞的概率只有百萬分之一，大量釋放的概率則只有一千五百萬分之一，這個概率相當於一個硬幣連續拋24次，每次都是正面或每次都是反面的概率。

（二）核電用鋼的生產有多嚴，出廠文件跟鋼板一樣厚

　　在核反應堆三層防護中，除燃料包殼是鋯合金材質以外，其他均由鋼鐵材料製成。在核電站的其他部分，更是廣泛應用了多種類、多規格的鋼材。不過，由於核電鋼應用領域的特殊性，鋼材的性能、技術質量指標、生產流程要求非常苛刻，因而生產難度大、准入門檻高。

　　首先，由於核電鋼長期工作在高溫、高壓、輻射等環境中，因此必須具有適宜的強度、較高的韌性及較低的脆性轉變溫度，且為了降低中子輻射影響，要控制合金元素含量。

　　其次，核電鋼力學性能要求複雜、化學成分要求嚴格，核電關鍵設備用鋼要磷含量小於0.01%、硫含量小於0.0005%，性能檢測要在不同位置以及高溫、常溫及低溫等不同狀態下進行縱橫向檢驗。

　　第三，鋼板單重高、規格大，屬超寬、超厚、超重型，生產難度大，如中國改進型百萬千瓦級壓水堆核電CPR1000蒸汽發生器筒體用鋼，一張鋼板單重就接近40噸左右。

　　最後，在投入使用前，專業人員還要對鋼板進行嚴格的無損檢測，包括100%超聲波檢驗和鋼板表面磁粉探傷。

　　為保證質量，核電鋼生產實施終身追責制，每一道工序都必須有責任人簽字確認，一旦因鋼板質量問題造成事故，製造廠家和責任人也難逃其咎。

　　生產前，鋼廠要先向用戶和業務提供質保大綱、質量計劃、技術條件等文件，經對方審核通過方可開始生產；生產中，每一張鋼板、每一道工序完成，都需要三方共同到現場取樣對質量、性能進行檢驗，確認無誤後在質保書上簽字。

　　不誇張地說，核電鋼板出廠的時候，相關的文件差不多跟交付的鋼板一樣厚。

（三）中國的國產核電鋼：從無到有，從有到強

　　人類和平利用核能始於1942年，不過中國的核電卻起步較晚，1985年才開工建設第一座秦山核電站。但中國核電發展迅猛，中國目前在建核電總裝機容量已佔全球總量的40%。

　　核電鋼的國產化路徑與中國核電站的發展歷史一脈相承。自1973年開始，中國啟動研製核電鋼，在由中國自行設計、建造和運營管理的秦山核電站建設中，中國鋼廠成功研製和生產了特定型號的核電用鋼並投入應用，國產核電鋼實現了「零」的突破。

　　但是當時，核電站關鍵設備和高級別核電鋼中國還不能生產建造，大部分需依賴進口。

　　2008年，中國首個二代改進型壓水堆項目——福建福清核電站開工，國產核島級蒸汽發生器用鋼18MND5、16MND5等成功應用於項目建設，結束了中國不能生產高級別核電鋼的歷史。

　　並且，核電蒸汽發生器的核心部件690U形管於2010年成功實現國產化，中國成為全球第四個能生產該產品的國家。

　　在第三代核電站建設中，安全性比前兩代更加受重視，中國核電團隊在反應堆外面增加了鋼製安全殼，「華龍一號」更是採用了雙層安全殼的設計。

　　安全殼由SA738Gr.B鋼板組成，它採用的是低碳、Ni-Cr-Mo（鎳鉻鉬）成分系列，屈服強度在415兆帕以上，最大厚度106毫米。國內鋼廠已經可以自主開發並通過權威機構評審，實現批量生產並應用於相關核電站建設。

　　目前，中國已經具備了第二代改進型和第三代核電站安全殼、壓力容器、蒸汽發生器、主管道、堆內構件等關鍵用鋼的生產製造能力，「華龍一號」綜合國產化率超過85%。與此同時，核電鋼國家標準正式實施，為中國核電設計單位的選材、採購及鋼板的生產提供了標準依據，核電鋼國產化有了更加堅強的支撐。

結語

　　當前世界上公認的核電鋼生產和使用標準仍是法國RCC-M和美國ASME-Ⅲ，而中國近年來在核電鋼生產研發方面已經取得了較好的成果，在產品質量和穩定性上一直在努力追趕國際先進水平，不過，實現核電鋼全球領先仍有很長的路要走。

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編輯| 史文慧