核工业有哪些“黑科技”？

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目录 核工业有哪些“黑科技”呢？

• 非能动
• 铌片
• 管板深孔钻技术
• 三代核电的大吨位超重量模块拼装运输吊装技术

一起来看看吧！

1. 非能动

非能动技术是三代压水堆核电站的“黑科技”。在传统成熟压水堆核电技术的基础上，充分利用固有的自然规律，如物质的重力、惯性以及流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等，使安全系统“非能动化”。非能动安全系统不再需要泵、风机或柴油发电机等安全级别要求高的能动安全设备，也不需配置冗余能力的安全交流电源、设备冷却水、厂用水、通风与空调等能动安全系统。举个形象的例子，山下着火了，山间的水顺流而下就能把火浇灭，这就是“非能动”；如果山顶着了火，需要把水从山下人为运上去，然后再把火浇灭，这就是 “能动”。

基于非能动安全技术的三代压水堆核电站具有以下优点：

1. 安全系统配置简化，安全支持系统减少，安全级系统及设备大量减少。传统压水堆核电站，安全系统需要大量的支持系统（供电、暖通、冷却水等），好比一个人外出办事需要带一车的装备，少一样都不行；而对于非能动核电站，由于运用自然规律，无需复杂的支持系统，好比一个人轻装即可出行。这使得在核电厂建造时缩短工期，节约成本，在核电厂正常运行时可以减少试验、检查和维护的工作量。三门、海阳核电站不断创造国内核电站大修最短时间记录的良好实践，便是证明。
2. 对于核电站来说，为了保证安全，除了缜密的设计，人的因素也不可小觑。历史上的三大严重事故（美国三里岛核电站事故、切尔诺贝利核电站事故、日本福岛核电站事故），电厂的管理和运行人员犯下的错误都是非常致命的。非能动压水堆核电站在事故后72小时无需干预，则操纵员具有充分的时间思考和判断，不会忙中出错，大幅降低人因失误的风险。
3. 安全性能大幅提高，堆芯损坏频率和大量放射性释放概率远小于法规要求。日本福岛核电事故因地震造成的能动系统故障引起，在应对此自然灾害时，三代非能动安全系统会显得更加主动和可靠。

2. 铌片

第一点，先谈谈铌片的必要性。

核电站用的金属材料受到中子的轰击会发生性能的弱化，所以需要定期地对于金属材料的性能进行评价。评价的时候，就必须对金属材料受到的中子轰击的辐照剂量进行一个定量的测量，这时候就必须要用到中子探测片了。

主要影响金属材料的中子是1.0MeV以上的快中子，这种快中子主要用镎、铀和铌进行测量。然而，镎、铀是裂变材料，具有危险、运输不方便以及短缺等缺点，所以目前核电厂普遍只使用铌了。

第二点，谈谈铌片制造有多难。

但是自然界铌钽共生的，且物理性质接近，铌中的钽很难分离，但恰恰钽元素又是铌测量中子准确性的最大影响因素之一，所以必须把钽元素从铌中分离出去。另外一个影响铌测量中子准确性的最大因素，是铌片的自身厚度，所以必须制成非常薄的铌箔。

所以在纯度方面，铌元素的纯度必须达到99.99%以上，钽含量的含量必须小于百万分之5，举个例子，这个浓度相当于在一浴缸水中滴入7滴墨水的浓度；

在铌箔厚度方面，自身厚度需要控制在几至十几微米左右，再举个例子，这个厚度基本是头发丝的1/3，一张A4纸的1/5左右。这个厚度和我国之前研发的高精尖的手撕不锈钢达到了相同的厚度级别，想象一下可以用手撕开钢铁的感觉。

最后，看看铌片国产化有多重要。

受新冠疫情影响，中子探测用铌片的国外制造商已停产且不再供货，而大量的国内和国际商用核电厂都需要这些铌片，甚至其他核领域也可能存在这方面的。因此，我国通过努力研制，实现了中子探测用铌片的国产化，打破了辐照监督管中子探测用高纯度铌片完全依赖国外进口，且国外制造商受疫情影响也已停产的卡脖子现状，填补了国内尚无制造能力的空白。

3. 管板深孔钻技术

国和一号蒸汽发生器是目前世界上尺寸最大的蒸汽发生器，其管板直径超过5米，厚度近90厘米，需要完成25000多个管孔位置度、垂直度和同轴度控制都远低于1毫米的深孔加工。国内企业通过攻关，深孔钻水平达到国际领先水平。

4. 三代核电的大吨位超重量模块拼装运输吊装技术

三代核电提出了模块化施工的先进理念，在核岛建造过程中设计了很多需要在现场拼装场地组装的大尺寸超重量的结构模块，比如CA01、CA02、CA03、CA05、CA20以及CB20结构模块等，组装完毕后进行运输和吊装引入。 三门、海阳核电大尺寸超重量模块吊装的成功实践是模块化设计、模块化施工理念的可行性验证，为我国国和一号、CAP1000核电站模块化建造技术积累了大量宝贵经验和工程实践数据，也是我国同时期在大吨位大尺寸结构体吊装工程领域的工程技术突破，以三代核电建造过程中典型模块的吊装进行介绍，给大家一个比较独特的视角去了解我国先进的核电技术。

1) CA20 结构模块

CA20模块是三代核电中最大的一个结构模块，近7层楼高，由32个墙体子模块和40个楼板子模块组成18个房间，其功能包括乏燃料的贮存、传输、热交换及废物收集与处理等。CA20模块总重量近900吨，起吊总重量约1100吨。

2) CA01结构模块

CA01作为核岛反应堆厂房内最重、最核心的结构模块，CA01是后续安放反应堆压力容器、蒸汽发生器和稳压器等主要设备的重要结构，也是以后内部土建施工、设备安装及电气管道等施工作业的基础。整体结构呈“T”字型，由47个子模块构成，结构总重为850吨，吊装重量达1030吨。

CA01模块吊装时须越过已就位的CA20模块，其就位基础上布满插筋，插筋与模块墙体内型钢之间空隙很小，吊装时必须保证与周围建筑及设施不发生碰撞。此前，安全壳厂房内CA04、CA05结构模块已吊装就位，与CA01的最小间隙分别是565毫米和152毫米。吊装就位精度高，就位难度大。

3) 叠合式钢穹顶模块

叠合式钢穹顶为反应堆安全壳非能动冷却系统中的重要组成部分，与底部的CVTH（钢制安全壳顶封头）形成双层安全壳，中部形成空气对流层，顶部支撑非能动喷淋系统水箱。除钢结构本体外还包括三个附属模块，本体重量达到668吨,总吊装重量为867.45吨。

4）非能动冷却水箱CB20结构模块

CB20结构模块为非能动冷却系统（PCS系统）中的储水箱体结构，位于反应堆厂房锥形钢屋顶上部，截面为梯形筒状结构，由112块子模块在CA拼装场地拼装而成，抗震等级一级。吊装重量约375吨，CB2O结构模块为单壁结构，虽然重量并不是最大，但是吊装抗变形设计要求最高。

5）CVBH钢制安全壳底封头

钢制安全壳（CV）是AP1000核电站确保核安全的特色设备之一，由顶封头、底封头和三节筒体共五部分组成，其焊接、组对和拼装采用封闭式工厂化预制施工。钢制安全壳底封头（CVBH）属CV的重要组成部分，是一个独立的圆柱形钢制容器，自重621.41吨， CVBH不仅重量重，体积大，板壁相对较薄，整体变形控制要求高。

大模块的吊装技术，体现了我国“基建狂魔”的实力，也是 “一带一路”倡议中对发展中国家极具吸引力的地方。

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@国资小新

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