国家最高科技奖出炉，你还不知道高温气冷堆是咋回事？( 二 ) 近日

反过来，这三个要素中的任何一个未能满足，都会造成核事件或事故，不同程度污染环境。上文中的三次灾难就各自源于这三方面的原因。
而具有“固有安全性”的高温气冷堆的出现，像一簇暗夜中的火光，不可避免地吸引了各国科学家的目光。
什么是高温气冷堆？
高温气冷堆，顾名思义，必然包含“高温”、“气冷”等与其他核反应堆不同的特点。
氦气作为冷却剂
与压水堆发电的原理一样，高温气冷堆也是通过核能-热能-机械能-电能的转化实现发电。不同的是，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。中国高温气冷堆的冷却剂是氦气。作为一种理想的惰性气体，氦气化学性质稳定，高温下不容易与反应堆的其他物质发生反应，并且有着较好的热力学性能。
石墨作为慢化剂
为使热中子反应堆里的核裂变反应得以持续进行，核反应过程还需要一种材料，叫慢化剂，又称中子减速剂，用以减慢中子的运动速度。不同于轻水堆、重水堆核电站以水（H2O）和重水（D2O）作为慢化剂，高温气冷堆采用石墨作为慢化剂，具有良好的耐高温特性。
高温
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，这些条件使得高温气冷堆的工作温度和冷却剂的堆芯出口温度可以达到其它堆型难以企及的高度——900～1000摄氏度。
这么高的温度有什么用？让我们接着往下看。
为什么高温气冷堆具有固有安全特性？
如果说，今天的石岛湾高温气冷堆核电站是世界首座在工业规模上实现固有安全的模块式高温气冷堆核电站，那么，作为这座核电站的“原型” ，世纪之初在清华大学“200号”建成的10兆瓦高温气冷实验堆，就已经在实验堆的规模上实现了固有安全这一特性。
2004年Wired杂志称其为“不会熔毁的反应堆” ，是一种固有安全的核能系统，达到了当今世界核能安全的最高水平。
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
为了践行追寻固有安全的初心，高温气冷堆采用模块式设计。其核心思想是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。
当然反过来，这10个模块也可以把各自产生的蒸汽合并送入一台汽轮机，形成大的核电机组。
为什么要这么设计呢？与燃煤电厂不同，核反应堆停止运行后，堆芯里的裂变产物还会继续发生衰变，产生可观的余热。所以，即使停堆了，如果不能及时冷却堆芯、载出余热，堆芯内热量越积越多、温度越升越高，包裹核燃料的外壳就有可能因为过热而造成熔化，破坏放射性包容能力，酿成严重的事故后果。
日本福岛第一核电站发生的事故就是这类情形。
因此，高温气冷堆采用小型模块式设计，每一个小模块都可以采用很低的功率密度（约为大型压水堆核电站的1/30），使停堆后产生的余热处于较低水平。发生任何意外时，即使不进行人为的能动冷却，停堆后堆芯的余热也可以通过热传导、热辐射等基本的自然现象安全地散发出去，实现了余热非能动载出，避免堆芯熔化。此外，反应堆内有大量的石墨结构材料可以吸收余热，使得堆芯具有很大的热容量，停堆后温度上升缓慢。这就好比一小壶水的热容量很小，很容易就能烧开；而一大锅水的热容量较大，需要更多的热量才能烧开。
简单地说，反应堆停堆后，一方面，随着时间的推移，衰变产生的余热越来越少；另一方面，随着堆芯温度的升高，堆芯通过热辐射、热传导向外散热的能力会逐渐提高。