从深海到高原
从沙漠到山脉
从煤炭、石油到天然气
从太阳能、风能
到核能、氢能
能源
为人类创造了多姿多彩的生活
人类在探索能源的道路上从未止步
从过去对化石能源极度依赖
到如今努力探索应用
更高效、更清洁、更可靠的能源
今天，让我们一起来了解
被称之为人类终极能源追求的
核能
阳江核电(请横屏观看)
1
核能，从“何”而来
核能，又称为原子能。说起它的来源，就不得不先说“原子”。世界上一切物质都由原子构成，原子则由原子核和它周围的电子构成。
核能，就是通过核反应从原子核释放的能量。
如何才能发生核反应，让原子核释放能量？主要有三种方式：
核裂变
较重的原子核分裂释放结核能。
核聚变
较轻的原子核聚合在一起释放结核能。
核衰变
原子核自发衰变过程中释放能量。
福清核电
Q
既然世界上的一切物质都是由原子构成的，是不是世界上的所有物质都能通过这三种方式产生核能？
A
当然不是！首先，只有拥有质量非常大的原子核的原子才能产生核裂变，比如铀、钍和钚。目前，人类已经掌握了核裂变技术，核能发电利用的就是核裂变产生的裂变能。
其次，就要说到核聚变了，人类想通过这种方式“驯服”核能就显得没有那么得心应手了，不过可控核聚变的研究也已经开始。
第三，要想靠原子核自发衰变释放能量，可得等到天荒地老。以铀为例，作为当下最重要的核燃料，它的“半衰期”（即原子数目衰减一半所花费的时间）需要数亿年。
铀(Uranium) 呈银白色，是自然界中能够找到的最重元素。铀在1789年由德国的杰出化学家、矿物学家马丁·海因里希·克拉普罗特发现的。克拉普罗特在研究George Wagsfort矿山（德国）的沥青铀矿时，从中分离出了一种新的元素。他最初将这种新元素命名为“Uranit”，以纪念1781年由F.W.赫歇尔（Friedrich Wilhelm Herschel）发现的行星Uranus（天王星）。随后，在1790年，这种新元素被正式定名为“Uranium”，即我们现在所说的铀，其元素符号为U。
2
核能，有“何”能耐
20世纪50年代，人类对核能的利用开始从军事威慑转向核电技术。核能发电是核能的重要应用，此外核能还应用于城市供暖、工业供汽、海水淡化、合成燃料等场景。
浙江火电参与联合体总承包的全国首个核能工业供热项目
江苏院总承包的国内首个大规模工业用途核能供汽项目“和气一号”
Q
如何保障核电发展所需的核燃料资源？
A
一台百万千瓦核电机组全寿命（60年）运行大约需要天然铀1万吨，而我国铀资源总量约170万吨。全球陆上铀资源开采成本小于260美元/千克的天然铀储量为764万吨，待查明的铀资源约1000万吨，非常规铀资源2200万吨。
近年来，海水提铀技术取得了一定突破，如果未来几十年内实现商业化，那么铀资源将满足人类上千年的需求（海水中铀资源量约为40-50亿吨）。随着铀资源开发技术的提升，可采铀资源将不断增加。而且，二次铀资源（库存、高浓度铀转化、贫油浓缩、乏燃料后处理等）已成为铀供应的有力补充。
红沿河核电
Q
核电厂会不会像原子弹那样发生爆炸？
A
可以说完全没有这种可能性。
尽管核能发电与原子弹爆炸的基本原理都是利用核裂变链式反应，但是两者目的不同，设计不同。
以国内主流的压水堆核电厂为例：首先，所用的铀-235的浓缩度不同。核电厂燃料中铀-235的丰度一般不超过5%，而原子弹核装料中的铀-235丰度达90%以上。
其次，工作机理不同。原子弹爆炸有非常严格的条件，这种条件，在核电厂是不可能达到的。而且核电厂燃料是分散布置在反应堆内，且有控制核反应的控制棒随时工作。
中国第一颗原子弹引爆图
3
核能，有“何”不同
在碳达峰、碳中和的背景下，我国电力系统清洁化、低碳化转型进程将进一步加快，核能作为发电量稳定且近零排放的清洁能源，将具有更加广阔的发展空间。与化石能源、太阳能等发电方式相比，核电还具有多种优势：
核电站就是利用核能来大规模生产电力的发电站。核电站与我们常见的火力发电厂一样，都是用蒸汽推动汽轮机做功，带动发电机发电。它们的主要不同在于蒸汽供应系统。火电厂依靠燃烧化石燃料(煤、石油或天然气)释放的化学能制造蒸汽，核电站则依靠核燃料的核裂变反应释放的核能来制造蒸汽，所以核电也被称为是用核能“烧开水”发电。
核岛、常规岛示意图（秦山二期核电站），常规岛由中国能建华东院设计、浙江火电建设。
核电站由核岛（又被称为“一回路”）、常规岛（又被称为“二回路”）和辅助系统（BOP）三部分组成。中国能建参与了中国超过50%的核电常规岛建设。
“华龙一号”全球首堆福清核电5号机组装料(请横屏观看)
利用原子裂变生产蒸汽的核岛是进行核反应的区域，也是能量转换的关键环节。利用蒸汽发电的常规岛是核电装置中汽轮发电机组及其配套设施和它们所在厂房的总称。BOP（balance of plant）是为核岛和常规岛提供支持的“辅助设施”，主要包括数字化控制系统、暖通系统、空冷设备等用于保障核电站安全、平稳运营的设备。
Q
如何为核电站选址？
A
核电站厂址必须满足安全要求，不允许存在影响核电安全而又无有效措施解决的因素，包括地震断裂、活动断层、溶洞、火山活动，及严重人为事件，如飞机坠毁、化学品爆炸和着火等。为保证核电站抗震稳定，反应堆厂房首选建在完整基岩上。
核电站要求干厂址，防止一切可能发生的水淹。核电厂坪标高设计要充分考虑到厂址地区可能发生各种气象条件下，如台风、海啸、海平面上升、暴雨、上游溃堤、潮水及波浪影响，并具有较大裕量应对极端外部事件叠加的最大洪水，按照千年一遇考虑，确定核电厂坪标高。并建防洪防波堤坝。核电站防洪排水同样有严格要求，保障畅通不会淹没。
田湾核电站二期(请横屏观看)
Q
我国沿海核电站能抵御强台风袭击吗？
A
我国沿海的核电厂址，面临的最大自然灾害风险就是超强台风。大亚湾、阳江、台山、宁德等核电基地，都处在热带台风经常发生的地区。核电站在选址时会分析厂址地区300至400公里范围内，历史上曾经发生过的台风，推算出厂址海域可能发生的最大风暴及台风带来最大损害的演进路径，在设计中有针对性地留有足够的裕量。
如果发生超强台风正面袭击时，必要时还可以采取停机措施，对人员进行撤离，但这主要是从人员安全的角度考虑，至于核岛的安全性，抵御12级以上的超强台风是没有任何问题的。
福清核电一期、二期(请横屏观看)
自1954年6月27日，世界第一座民用核电站——奥布宁斯克核电站（Obninsk）在前苏联投入运行，核电技术发展已走过了70年的历程。目前，核电技术总体经历了第一代核电技术到第四代核电技术四个发展阶段。
核电技术发展历程
第一代核电技术
第一代核电机组的核反应堆以试验堆和原型堆的形式投入应用，一般采用天然铀为燃料，石墨作为慢化剂，主要目的是验证利用核能发电在工程实施上的可行性。第一代核反应堆受到技术条件（燃料循环）的限制，投资费用高，提高安全性困难，功率较低，并没有得到广泛应用，但是验证了利用核能发电的可行性，对核电发展具有开创性意义。
代表工程
1
前苏联奥布宁斯克（Obninsk）的压力管式实验性石墨冷水堆核电厂（5MW）
2
英国镁诺克斯（Magnox）的石墨气冷核电厂（92MW）
3
美国希平港（Shipping port）压水堆原型核电厂（90MW）
第二代核电技术
第二代核电技术主要以浓缩铀为燃料，水为慢化剂，核电机组单机容量在200MW以上，在第一代核电技术的基础上进一步证明了核能发电的可能性，并实现了核能发电的商业化、标准化、系列化和批量化，证明了核能发电的经济性。
代表工程
20世纪70年代，两次石油危机爆发促进了核电的大发展，目前世界上运行的400多台商业核电机组，绝大部分是在这段时期建成的，如秦山核电站、大亚湾核电站。
秦山核电一期，采用第二代压水堆核电技术。中国大陆第一座核电站
第二代改进型（二代加）核电技术
目前我国已经投运的大部分机型属于二代改进型机组，相对于目前国际上广泛运行的二代核电机组，实施了一批改进项，主要包括采用数字化控制和保护系统、采用安全壳内的非能动氢复合器、采用稳压器安全阀的卸压功能延伸等，安全水平得到了提升。
中国的核电技术从上世纪80年代与加拿大合作的秦山核电站，再到和法国合作的大亚湾和岭澳核电站，这期间通过对相关技术的吸收和消化形成了中国自主的二代加核电技术，以CNP1000和CPR1000为代表的、具有自主知识产权的“二代加”核电机型，占据了目前中国在运核电机组的绝大多数。
代表工程：秦山二期、福清一二期
大亚湾核电
中国大陆第一座大型商用核电站大亚湾核电，采用第二代压水堆核电技术。28年来，大亚湾核电站每年为香港供电超过100亿度，约占香港总用电量的四分之一。
秦山核电二期
采用二代加压水堆核电技术，常规岛由中国能建华东院设计，1号机组常规岛、扩建3号机组常规岛由浙江火电安装。
秦山核电三期
采用二代加重水堆核电技术，是国内首次建设的重水堆核电机组。常规岛由中国能建华东院设计、1号、2号机组常规岛由浙江火电安装。
第三代核电技术
国际上通常将符合URD（美国核电用户要求文件 Utility Requirement Document）或者EUR（欧洲核电用户要求文件 European Utility Requirement）要求的核电机组称为第三代核电机组，包括改革型的能动（安全系统）核电站和改进型的非能动（安全系统）核电站。
代表工程：三门核电、福清核电、国和一号等。
AP1000一体化设备吊装
第三代核电相比第二代核电在安全性方面进行了显著的改进
严重事故预防和缓解：
第三代核电技术针对第二代核电站事故的教训，通过采用更高的安全标准，具备更好的严重事故预防和缓解手段，以降低事故概率。
安全系统设计
第三代核电技术采用了更先进的安全系统设计，如AP1000采用的“非能动”安全系统，利用物质的自然特性（如重力、自然循环等）来实现安全功能，大大简化了安全系统，降低了人因错误的可能性。
事故应对能力
第三代核电技术在事故应对能力上也有了显著提升。例如，AP1000在发生事故后，操作员可不干预时间长达72小时，为事故处理提供了更充裕的时间。同时，三代核电技术还针对全厂断电等极端工况增加了额外的无源系统和有源系统，以确保在极端情况下也能保证安全。
“国和一号”示范工程（CAP1400）
“国和一号”是我国在引进消化吸收三代非能动压水堆核电技术的基础上，通过大型先进压水堆及高温气冷堆核电站国家科技重大专项开发的、具有自主知识产权的大型先进压水堆核电型号。机组设计寿命60年以上，安全水平相比二代核电机组提高了100倍。中国能建浙江火电负责项目2号机组核岛安装，江苏电建三公司负责项目2号常规岛及BOP建安。
三门核电二期工程
中国能建浙江火电承建三门核电二期工程3、4号机组常规岛及BOP建安总承包工程
福建福清核电站5、6号机组
福建福清核电站5、6号机组采用我国拥有完整知识产权的自主核电品牌“华龙一号”技术，满足国内和国际最高安全标准。常规岛由中国能建华东院设计，安徽电建二公司负责检修维护及尾项消缺，浙江火电负责运维检修。
第四代核电技术
1996年6月美国核学会夏季年会上，美国能源部核能科学与技术办公室提出“第四代核能系统”的概念。根据设想，第四代核能方案的安全性和经济性将更加优越，废物量极少，无需厂外应急，并具备固有的防止核扩散的能力。
2002年底，“第四代核能系统国际论坛”和美国能源部联合发布《第四代核能系统技术路线图》，选出气冷快堆、铅冷快堆、熔盐反应堆、钠冷快堆、超临界水冷堆和超高温气冷堆6种堆型作为“第四代核能系统国际论坛”未来国际合作研究的重点。
华能石岛湾核电站。该电站是中国拥有自主知识产权的第一座高温气冷堆示范电站，也是世界上第一座具有第四代核能系统安全特性模块式高温气冷堆商用规模示范电站。简单来说，就是即使突发故障或遭遇严重外部事件，在不靠人为干预和应急冷却的情况下，反应堆堆芯也不会熔化，放射性物质也不会大量外泄，从根本上解决了核能安全利用的世界级难题。
Q
核电发展的技术路线有什么不同？
A
国际上所说的技术路线，指的都是反应堆的堆型。反应堆，指的是能控制并维持稳定核裂变反应的设备，有时简称“堆”。如美国的压水堆和沸水堆，俄罗斯的压水堆和石墨水冷堆，英国、法国的气冷堆、加拿大的重水堆等。我国核电以压水堆型为主，目前商运核电机组除秦山三期两台重水堆及石岛湾一台高温气冷堆外，其它核电机组均为压水堆。
轻水反应堆（轻水堆）
以水或汽水混合物作为冷却剂和慢化剂的反应堆。轻水堆是目前世界上核反应堆的主要堆型，包括压水反应堆和沸水反应堆。
压水反应堆（压水堆）
使用加压轻水（即普通水）作冷却剂和慢化剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。
沸水反应堆（沸水堆）
使用加压轻水（即普通水）作冷却剂和慢化剂，且水在堆内沸腾的核反应堆。
重水反应堆（重水堆）
以重水（是由氘,氧组成的化合物，也称为氧化氘，）作慢化剂、重水或轻水作冷却剂的核反应堆。可以直接利用天然铀作为核燃料。
自1942年美国芝加哥大学成功建造了世界上第一个反应堆，人类进入了“原子能时代”，也就是人们所称的“核能时代”，“核能时代”伴随着人类的进步，已经走过了八十余年的光阴，走过了“核能技术”的第一代、第二代、第三代，现在正在走向第四代、第五代……
其中，正在研究的第四代核能技术“快堆”，可将铀资源利用率在第三代核电技术基础上提高30倍以上，由于利用率提高，以目前探明的天然铀储量推测，快堆可以解决人类千年的能源问题。第四代核电致力于从根本上杜绝事故的发生且减少甚至消除核废料。高温气冷对结构核泄露的概率为零，快中子反应堆的燃料利用率可提高到60%以上，熔岩堆、超临界水冷堆等其他堆型在积极研发试验。
正在研究的“核聚变技术”，用的是“氕氘氚”燃料，而“氕氘氚”在地球上可以说几乎是取之不尽、用之不竭，虽然核聚变的正式应用还需要可能是50年、80年……甚至更长，但一旦成功，我们或许称呼“她”为第五代核电技术，将成为您身边的清洁能源。
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供稿单位：华东院、浙江火电
编辑：蔡婷
校审：邢雯、宋旸
