11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会召开，清华大学王大中院士荣获国家最高科学技术奖。他带领的团队建成世界首座10兆瓦高温气冷实验堆，以此技术建成的世界首座模块式球床高温气冷堆核电站示范工程——华能山东石岛湾高温气冷堆核电站有望实现“固有安全”和“高温气冷”的目标。这意味着中国在先进反应堆技术上领先世界。

图为王大中院士

核能：清洁、优质的能源

目前世界上大部分核电站均采用压水堆堆型，其核能发电的主要过程分为三步：首先，核燃料在反应堆中发生核裂变产生大量的热，然后通过冷却剂（比如水）循环，将另一部分水蒸发形成水蒸气，最后带动汽轮发电机转动，产生电能。

核电站只需消耗很少的核燃料就可以产生巨大的能量，而且核能发电的过程中几乎零碳排放，不会加剧温室效应，因而核能属于非常清洁、优质的能源。

安全性：阻碍核能发展的世界级难题

你也许听说过几次影响巨大的核事故：1979年美国三哩岛核电站事故、1986年苏联切尔诺贝利核电站事故、2011年日本福岛核电站事故……这些灾难性的核事故，为核能的发展蒙上了一层阴影。

有科学家提出，要使公众接受核能，反应堆安全必须是“固有的”：即使反应堆突发故障或遭遇自然灾害，一切人为操作系统都失灵，反应堆仍然可以依靠自然规律自身趋向安全的状态。而中国最近研发的高温气冷堆做到了这点。

三大创新保证“固有安全”

中国高温气冷堆具有三大核心创新技术：

一是模块式反应堆设计。把一个百万千瓦的大反应堆拆分成10个小的模块，每一个模块都是一座可以独立运行的小反应堆，采用很低的功率密度。发生任何意外时，即使不进行人为冷却，堆芯的余热也可以安全地散发出去。

二是自主研制的“耐高温全陶瓷包覆颗粒球形核燃料元件”—燃料球。通过层层包覆的牢固结构、耐高温高压的强悍属性、严苛的质量标准检验，把放射性物质牢牢包裹起来，有效防止放射性物质泄漏。

三是反应堆不停堆在线换料。在反应堆运行过程中，新燃料球从反应堆顶部填装到反应堆中，靠重力往下流动，而反应过的燃料球则从反应堆底部卸出，实现反应堆在工作状态下完成换料。这种方式不但提高了运行效率，而且不用装入过多核燃料，降低了风险。

“高温气冷”实现高效利用

高温气冷堆不是通过“水冷”而是通过“气冷”的方式进行堆芯冷却和热传导，即冷却剂是气体。中国高温气冷堆以氦气为冷却剂、以石墨为慢化剂，加上堆内核燃料和其它材料均采用耐高温材料，这使得工作温度和冷却剂的堆芯出口温度达到900～1000摄氏度。这种高温氦气不仅可用于发电，还能用于热电联产、稠油热采、化工、冶金等，以及核能大规模绿色制氢，有望对解决石化、冶金、交通等行业的二氧化碳排放问题发挥关键的支撑作用。