就像每個(gè)人手里的手機(jī)，每一年都在進(jìn)化升級(jí)。核電站也如此，它一直在進(jìn)步，每次升級(jí)的宗旨是比上一代更安全更經(jīng)濟(jì)。從1954年開始到現(xiàn)在，核電站的發(fā)展已有60多年歷史，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代，并正在研制第四代。

第一代反應(yīng)堆

圖為美國碼頭市核電站的施工圖，那個(gè)大家伙就是壓力容器。
碼頭市核電站1957年開始發(fā)電，直到1982年10月才停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　第一代反應(yīng)堆是從上世紀(jì)50年代開始建設(shè)的，主要是美國、俄羅斯、法國和英國建造的首批原型堆。
那個(gè)年代的反應(yīng)堆最主要的目的不是生產(chǎn)電力，而是為了核威懾。尤其是在20世紀(jì)50至60年代，工業(yè)濃縮鈾技術(shù)還沒有成熟，同時(shí)各國又希望擁有核威懾的工具，所以反應(yīng)堆使用重水或石墨作慢化劑，以天然鈾為燃料。
在前面的篇章中，咱們已經(jīng)了解，鈾235不是很喜歡快中子，它喜歡慢中子，而對中子慢化效果最好的是重水?，F(xiàn)在的壓水堆使用普通水作為慢化劑，為了維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，必須把天然鈾中的鈾235濃度提高到2%至4%，但因?yàn)橹厮畬χ凶拥穆Ч麑?shí)在太好，所以，即使是沒有經(jīng)過濃縮的天然鈾也能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
然而，重水堆產(chǎn)生的副產(chǎn)物（钚、氚）比輕水堆（比如壓水堆）產(chǎn)生的更多，而钚又是制造原子彈的原料，氚是制造氫彈的原料，因此，如果某個(gè)國家掌握重水反應(yīng)堆技術(shù)后，只需天然鈾就可以運(yùn)行核電站，并通過此生產(chǎn)核彈所需原料。

　　2015年7月14日，經(jīng)歷了長達(dá)兩年的拉鋸式談判，伊朗與中美俄英法德六國宣布達(dá)成全面協(xié)議，而協(xié)議的一個(gè)重要內(nèi)容之一是改造伊朗的重水堆，使其不具備生產(chǎn)核彈所需原料的能力。圖為2013 年11月伊朗核問題會(huì)議現(xiàn)場。
世界上第一座并網(wǎng)發(fā)電的核電站建于1954年，位于前蘇聯(lián)的奧布寧斯克。有趣的是，奧布寧斯克這座城市的友好城市是美國的橡樹嶺，還有中國的綿陽。

　　奧布寧斯克核電站安全運(yùn)行了近50年后，2002年4月俄羅斯原子能部宣布，正式關(guān)閉這座核電站，并將其建成一座核能博物館。
除了并網(wǎng)發(fā)電的，第一代反應(yīng)堆還包括早期的那些實(shí)驗(yàn)堆。世界上第一個(gè)能生產(chǎn)出電力的是美國的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆EBR-I，最初，這個(gè)反應(yīng)堆生產(chǎn)出的電力只夠點(diǎn)亮實(shí)驗(yàn)室的4個(gè)150瓦的燈泡，后來經(jīng)過改進(jìn)，最終可為整個(gè)實(shí)驗(yàn)室供電。

1951年12月20日，人類首次目睹了由反應(yīng)堆生產(chǎn)的電點(diǎn)亮了4個(gè)燈泡。

第二代反應(yīng)堆
　　第二代反應(yīng)堆主要是20世紀(jì)60年代后期建成的商業(yè)反應(yīng)堆，上世紀(jì)70年代，石油大漲價(jià)引發(fā)能源危機(jī)，這促進(jìn)了核電的大發(fā)展。目前，世界上商業(yè)運(yùn)行的400多座核電站大部分屬于第二代反應(yīng)堆。
第二代反應(yīng)堆在安全和經(jīng)濟(jì)上都有了大踏步的前進(jìn)，然而，第二代反應(yīng)堆只是一個(gè)籠統(tǒng)的稱呼，并不代表反應(yīng)堆技術(shù)一直停留在20世紀(jì)70年代左右，它一直在發(fā)展中前進(jìn)，以至于有的堆型被劃分到了“二代加”的范圍?？偟膩碚f，越晚建造的反應(yīng)堆，技術(shù)較前面的完善。而我國的第一座核電站泰山核電站直到1994年4月1日才開始投入運(yùn)營。

圖為我國大亞灣核電站，位于深圳。

第三代反應(yīng)堆
第三代反應(yīng)堆是從第二代改進(jìn)或者改良而來的，同第二代相比，第三代反應(yīng)堆在安全性和經(jīng)濟(jì)性上繼續(xù)提高，同時(shí)，通過卓越的設(shè)計(jì)，第三代反應(yīng)堆縮短了建造周期，簡化了運(yùn)行維修，增加堆的壽命達(dá)60年以上。
我國的“華龍一號(hào)”屬于第三代反應(yīng)堆，采用“非能動(dòng)”和“能動(dòng)”相結(jié)合的方式。所謂非能動(dòng)，就是要求在遇到嚴(yán)重的突發(fā)情況后，在72小時(shí)內(nèi)，也就是三天三夜在沒有外部電源的驅(qū)動(dòng)和工作人員不做任何安全操作的情況下，核電站也能保證安全。也就是說，我國的華龍一號(hào)在遭遇類似日本福島核電站遇到的的9級(jí)地震和海嘯，甚至是遇到了更嚴(yán)重的災(zāi)難，在全廠斷電和沒有人員干預(yù)的情況下，也能保證72小時(shí)的安全。
下面我們具體來看看，何為“非能動(dòng)”。在最惡劣的情況下，核電站失去電源，此時(shí)最緊要的一步是熄火——把反應(yīng)堆停下來。

　　如上面的動(dòng)圖所示，在反應(yīng)堆出故障時(shí)，上方的控制棒因?yàn)闇囟?、壓力和密度等因素的變化，從而觸發(fā)控制棒落下，而控制棒的落下并非電力驅(qū)動(dòng)，采用的是自然重力落下。
停堆以后還沒完，因?yàn)榉磻?yīng)堆還在放出余熱，如果這個(gè)余熱不及時(shí)排除，就會(huì)導(dǎo)致像福島核電站那樣的氫氣爆炸。
而華龍一號(hào)在排除余熱的方式也是非能動(dòng)的。

　　在全廠斷電的情況下，第一回路的水將建立自然循環(huán)，把堆芯產(chǎn)生的熱帶走。第一回路建立循環(huán)還不夠，還需要讓第二回路在不借助電力的情況下工作。

　　第二回路上方有一個(gè)大水箱，叫做“事故冷卻水箱”，其在重力的作用下能長時(shí)間連續(xù)流下，冷卻第一回路的水。
假設(shè)上面的措施都不管用，還有另一個(gè)超大的水箱，其在重力的作用下自行流下，冷卻堆芯。

　　補(bǔ)水箱不依靠外力和人為控制，僅靠溫度差、壓力差等物理變化自行啟動(dòng)，并依靠重力流下。補(bǔ)水箱很大，加上其他水箱，可連續(xù)流三天。
以上只是舉了幾個(gè)例子，實(shí)際上，非能動(dòng)還包括將反應(yīng)堆內(nèi)的高熱蒸氣通過自然對流等方式傳遞到安全殼外面等等。
第四代反應(yīng)堆

　　未來屬于第四代反應(yīng)堆。它將實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：大幅度提高對鈾資源的利用率，最大限度地減少廢物排放，降低投資和運(yùn)行成本，進(jìn)一步提高安全性，擴(kuò)展核電站的其他用途如產(chǎn)氫、海水淡化等等。
第四代反應(yīng)堆主要是以《一起愉快地聊核電》前面的文章中講到的“快中子增殖反應(yīng)堆”為主，預(yù)計(jì)2035年左右實(shí)現(xiàn)商用。
在未來幾十年內(nèi)，世界各國新建的反應(yīng)堆將以第三代為主，直到第四代反應(yīng)堆走向成熟。
生產(chǎn)電力其實(shí)只是核能的一個(gè)重要應(yīng)用，實(shí)際上，無論是太空探索還是醫(yī)療健康，人類已經(jīng)離不開核技術(shù)。請關(guān)注“科普中國”，下期咱們將講述美蘇當(dāng)年核動(dòng)力飛機(jī)和核動(dòng)力火箭的瘋狂研發(fā)史。