核电技术——
它不像航空航天科技那样，星光闪闪，举世瞩目；
也不像高铁5G技术那么亲民，身边随处可见。
核能那恐怖的能量，总让人产生本能的惊惧。
所以它一直躲躲闪闪。
再加上美国三里岛、苏联切尔诺贝利、日本福岛等核电站发生的事故，更是让人心惊胆跳。
核能真的是“除了带来恐惧，一无是处”吗？
经过一番详细了解后，发现它似乎并非如此。
核能并不是印象中的那么令人嫌弃。
全世界现今有四百多台核电机组，其发电量超过了总发电量的10%。
人们最关心的安全性问题，对于第三代、第四代核电站来说，也已经完全不成问题。
而且核能凭借廉价、稳定、环保的优势，越来越受人重视。
化石燃料一旦枯竭，核能将决定人类的未来。
而在这个赛道，东方大国早已经完成了一次漂亮的弯道超车。
故事还要从爱因斯坦提出质能方程说起。
那是人类有史以来最聪明的大脑之一。它用简洁的方程告诉人们，质量就是能量。
先知者为人类指示了一扇从未见过的窗，那里投进一束诡异的光。
但是此时，绝大多数人类还不知道那是怎么一回事。
只有小部分人在好奇心的驱使下开始了研究。
不研究还好，一研究就被“谜”到了。
原来，原子核的体积占原子体积的0.01% 以下，但是质量却占原子质量的99.9% 以上。
人类对原子核，一脑茫然。
怎么办呢？
很简单嘛，不懂不要慌，先轰它两炮。
美国有一位叫卢瑟福的科技达人，就是一位非常优秀的炮手。
他最喜欢拿氦原子核作炮弹，挨个物质挨个物质地轰击。
上文提到的原子核质量和体积的占比，就是他从轰击中得到的数据。
1919年，他用氦原子核轰击氮原子核，意外得到了氧原子核和质子。
这又是一件破天荒的大事。
因为这次轰击改变了物质的化学元素，真正做到了“点石成金”。
同时，这也是人类第一次人工核反应。
往后提到的核反应，都可以追溯到这次轰击上来。
游戏突然变得好玩，很多人开始参与进来。
主要玩家分德国队和美国队，他们那时即将踢世界悲。
两队实验室里的轰击也很激烈。
1938年，德国队再进一球。
德国人奥拓哈恩，拿中子轰击铀235，得到钡原子核和氪原子核，以及3个中子。
1个中子换来3个中子，说明了什么？说明3个中子可以换来9个中子，中子会越来越多，反应可以持续进行。
这个过程取名叫“裂变链式反应”。
铀235是一位名符其实的中子“爆”发户。
请记住「铀235」这个名字！它很不一般。
一是它在自然界中的存量很少；
二是它是在自然界中发现的唯一可靠的核裂变材料。
三是后来人工制造的核裂变材料，诸如钚239、铀233，生产也都离不开铀235.
所以说，如果爱因斯坦是为人类指示了窗的方向，那么铀235就是那唯一一把打开窗的钥匙。
铀235的存量非常地少，99.3%的铀都是它的兄弟铀238，它只占0.7%。
少就算了，浓缩还非常困难。
仅这两点，就把绝大多数国家排除在了核门之外。
自然界的铀235很少，怎么办呢？
蘑菇蛋可不能缺啊！
炮仗在手，世界我有；炮仗没有，瑟瑟发抖。
得赶快找到替代材料。
俗话说办法总比困难多。
人们很快便发现，铀235裂变释放出的中子，轰击铀238后，得到铀239。铀239经过两次β衰变，得到了钚239；
同样原理，用中子轰击钍232，得到钍233。钍233经过两次β衰变，得到铀233。
钚239、铀233同铀235一样，都是可靠的核裂变材料。是卤蘑菇蛋的上选食材。口味地道！
而且，铀238和钍232在自然界中存量丰富。核裂变材料稀缺的问题，完美解决。
1942年12月，美国芝加哥大学建成世界第一座核反应堆，验证了可控的核裂变链式反应的科学可行性。
20世纪50-60年代，联合国五常中的四国——美国、苏联、英国、法国，外加加拿大等国，相继建立起早期原型堆、实验示范电站。例如：
1954年，前苏联建成5兆瓦「实验性石墨沸水堆型」核电站;
1956年，英国建成45兆瓦「原型天然铀石墨气冷堆型」核电站;
1957年，美国建成60兆瓦「原型压水堆型」核电站;
1962年，法国建成60兆瓦「天然铀石墨气冷堆型」核电站;
1962年，加拿大建成25兆瓦「天然铀重水堆型」核电站。
这就是第一代核电站。
虽然名字叫“电站”，但是实质更像是核材料钚239、铀233的生产厂——因为要卤蘑菇蛋。
对于核电发展来说，它也就干了一件事——证明了核能发电，可行！
第一代核电站的堆型，五花八门。虽然各显神通，但是并不利于推广。还有就是功率普遍不高，只有几十兆瓦。
所以，第二代核电站的任务就是：统一标准，提高功率！
20世纪70-90年代，美国、法国、俄罗斯、加拿大、日本等国，标准化、系列化、批量化地建造了大批核电站。例如：
美国设计的「压水堆」核电机型PWR，System80和「沸水堆」核电机型BWR；
法国设计的「压水堆」核电机型P4、M310；
俄罗斯设计的「轻水堆」核电机型VVER；
加拿大设计的「重水堆」核电机型CANDU；
等等。
功率，第二代核电站的单机组功率直线上升，相比第一代，提高了几十倍，达到千兆瓦级。
规模，全球第二代核电站（堆）一度达到443台套。
堆型，压水堆占核电堆型的56%，沸水堆占21%，重水堆占7%，其他堆型占16%。
压水堆和沸水堆都是轻水堆。两者区别：一个是高压锅，一个是沸水锅。
轻水又是相对于重水而言。轻水即普通水，为氧化氕。重水是氧化氘，氘是氕的同位素。
可以看到，轻水堆从第二代核电站中脱颖而出。
当今全世界运行中的核电站有400多座，美国的核电站规模一直保持在100座左右，足足占据四分之一。
美国国内，核电发电量占总发电量的五分之一。
通过二代机组增效延寿技术，美国人又将第二代机组核电可利用率，从70%左右提高到90%，寿命由40年延长至60年，相当于新建25台千兆瓦的机组。
所以美国是妥妥的核电超级大国。
不过大多是第二代核电站。
第二代核电站发展迅速，规模庞大，但是也有安全之虞。
比如出事的日本福岛核电站，就是第二代核电站。
所以，第三代核电站的发展方向是什么？
安全！安全！还是安全！
各国纷纷推出「核电用户要求」文件，内容非常苛刻。
第二代轻水堆有成熟技术和经验。
第三代核电站便在第二代轻水堆的基础上研制，即为先进轻水堆。
围绕着安全主题，有两种发展思路。
一种思路，在二代机组的基础上做改进。这种思路稳妥、可靠。
另一种思路，引入“非能动”的概念，重头设计。从原理开始就保证它的安全。
什么是“能动”与“非能动”呢？
简单来说：
能动系统，需依靠外力行使功能，例如泵，风机等；
非能动系统，不依靠外力便能行使功能，例如管道、容器等。
做改进的思路可以理解为：在已经成熟的二代堆上继续打补丁，堵住一切可能的安全漏洞，给出足够的安全冗余量。虽说系统越来越复杂，但是可靠性绝对提高。代表堆型如法国的EPR。
而第二种思路就是：多多使用非能动设备，利用物理规律保证它的绝对安全。代表堆型如美国的AP1000。
“AP1000依靠的是重力、温差和膨胀等自然力来驱动的安全系统，紧急情况下，不需要使用交流电源，仅仅依靠自然手段就可以带走热量，安全性能大大提高。即便发生事故，72小时内也无须人为干预。”
缺点是属于新概念堆型，还未被工程实践检验过。
除了以上两个代表，美欧还有一大堆第三代核电堆型。
第三代反应堆都将安全性和可靠性提高到了极致。
按理说，掌握了如此多的先进核电技术，美国应该迎来核电新一轮爆发式发展才对。
可是，同时期，美国国内的石油、天然气开采技术也取得了突破，产量迅速提升。不仅满足了内需，而且还能够出口。
手里突然有了余粮。你说意外不意外？！
有得选当然是选最好用的那一个——对，就是石油、天然气。
于是核电技术被搁置。
类似AP1000这种的千兆瓦级别的非能动堆型，竟然得不到建设批复。
千里马常有而伯乐不常有啊。
好在这时，助人为乐的中国及时伸出援助之手，AP1000才得到一个施展拳脚的舞台。
我国相继在浙江三门和山东海阳，引进了四座AP1000核电机组。
而在三门建成全球首座AP1000核电机组后，印度、波兰等国也纷纷引进。
当初对方承诺，中国引进AP1000后，如果能将AP1000的功率提高到1350兆瓦，那么便可视为自己的知识产权，不再受技术出口限制。
于是我国充分消化吸收AP1000的技术，又在山东威海市荣成石岛湾建立起CAP1400示范电站，设备国产化率达到80%以上。CAP1400也正式成为我国自主品牌。
另外，引进AP1000同时，我国也引进了法国的EPR系统。中国求才若渴，怎么忍心拒绝？
在广东省台山市赤溪镇的台山核电站，建成两台EPR机组。每台机组的单机容量为1750兆瓦，是世界上单机容量最大的核电机组。
AP1000作为非能动系统的代表，EPR作为能动系统的代表，在安全性和可靠性上各有优点。
中国又将两者的优点相结合，推出了至今为止世界上最安全、最可靠的核电机组——“华龙一号”。
“华龙一号”成为中国核电走向世界的国家名片。
中国不仅自己建造，而且还为世界建造。巴基斯坦的“华龙一号”机组早已经并网发电。
中国核电技术的弯道超车正式开始了。
美国人在干啥呢？
他们在一边喊着环保，一边卖着石油。
现在，环保问题已经成为全球共识，各国陆续制定了“减少碳排放”的计划。
因为危机近在眼前——化石燃料在一天天枯竭。
可以确定，将来化石燃料终将会退出历史舞台。
而能源来源必将成为各国面对的首要问题。
放眼望去，空间太阳能电站、可控核聚变，技术都还不成熟。只有核电能解燃眉之急。
美国人也回过味来，开始批准AP1000机组的运行。
可是这时，中国已经开建第四代核电机组了。
我们已经说过，第三代核电站的安全性和可靠性，已被做到极致。
所以第三代核电站可以像手机、高铁一样，卖到世界各地。
但是生意火了后，又遇到几个问题。
第一个问题，万一有人收集核废料，暗搓搓地搞蘑菇蛋。怎么办？
虽说难度很大，但是不是没有可能。
所以第四代核电站要求：一、核废料不能成为做蘑菇蛋的材料。
第二个问题，以往的核反应堆燃烧效率不高，导致许多核燃料还未被完全利用便成了核废料。
这些核废料，提纯做蘑菇蛋，危险；放在那里，浪费。
所以，二、反应堆燃烧效率要足够高！不仅能把核燃料充分燃烧；而且还能把核废料重新燃烧。专业讲叫：增强能源可持续性。
第三个，老问题。安全！安全！还是TM的安全。即使彗星撞地球了，也要保证它安全运行到下一拨恐龙出现。即：进一步提高安全性，增强防扩散和外部侵犯能力。
2000年前后，美国人邀请了全世界100多名专家，讨论第四代核发应堆的技术方案。最后从94种反应堆概念中，选择了最有希望的6种。
这就是第四代核反应堆。
从表中可以看到，中子谱一栏，绝大多数写着“快”，代表这是快中子堆。
什么是快堆？
这又要从核燃料铀235的裂变链式反应说起。
铀235裂变，会释放中子，这时的中子是快中子。
铀235燃料中混有铀238。铀238会吸收快中子，使参与裂变反应的中子迅速减少，链式反应便不能进行下去。
所以为了成功引发链式反应，需要想点办法。
第一个办法，提高铀235的浓度。
当浓度达到90%以上时，就不怕快中子被铀238吸收了，它吸收又能吸收多少？
最后轰地一下子，蘑菇蛋爆炒出锅。
实乃流氓必备技能。
但是这种方法呢，很烧钱，而且能做武器。对于为和平发电的核电站来说，并不适用。
怎么办呢？再想一个办法。
研究发现，铀238对热中子（即慢中子）的吸收效率不高。并且铀235的链式反应在热中子中依然能够进行。
所以还说什么？第二种方法应运而生，加入慢化剂——降低快中子的速率，使其变为热中子。
这样做，好处多多：
一、参与链式反应的热中子数量变多，对U235浓度要求降低。
三、浓度要求降低，意味着成本降低，意味着不能用来做武器。
慢化剂正是核电站居家必备良药。
常见的慢化剂有：重水、轻水和石墨。
重水的慢化效果与石墨相差不多。
轻水的慢化性能优于重水。不过，其吸收中子的几率远远高于重水。导致的结果是，轻水得使用「浓缩铀」，而重水可以使用「非浓缩铀」。
到此为止，貌似重水才是最佳选择啊。
但是，但是......「非浓缩铀」意味着铀238的含量很高，意味着核废料里含有许多钚239。还记得吗，这也是卤蘑菇蛋的材料。这个是万万不能扩散出去的！所以重水堆被严格限制。
轻水堆才是最佳选择，况且轻水价格还便宜。至于轻水堆需要用到的「浓缩铀」，浓缩就浓缩吧，只要不浓缩到武器级就行！
再说一点点，有人可能要问：既然低浓度的铀235能发生链式反应，那不是也可以做成蘑菇蛋了？
理论上是的，但是实际上不可行。
首先，这样的蘑菇蛋足足有一栋楼那么大，除了留给自己，根本投不到别人头上。
另外，“国际原子能机构”了解一下。谁敢私卤蘑菇蛋，是不想吃饭了吧？！
总之，「轻水」+「低浓缩铀235」的组合成为了核电站的主流！
终于到了解释什么是快堆了。
快堆便是不使用慢化剂的反应堆。
原理如下：铀235裂变释放的快中子不是会被铀238吸收吗？任它吸收。吸收后，铀238最后变成钚239，钚239也是核燃料，继续参与链式反应。
使用钍232时，原理相同。钍232吸收中子，最后变成铀233，铀233也是核燃料，继续参与链式反应。
在快堆中，核燃料越来越多，因此也叫增值堆。增殖的核燃料会继续投入到裂变链式反应当中。
这样一次加料，用上几十年没有问题。
但理想很丰满，现实很骨感。
快堆研制，难度大很多。
全世界投产的快堆一度只有两座。
一座是前苏联在【别洛雅尔斯基】核电站建造的BN 600快堆，使用铀238；
一座是印度在孟加拉湾附近【卡尔帕卡姆市】投产的一座功率高达600兆瓦的快堆，使用钍232。
第四代核电站的概念提出后，
快堆被选为第四代反应堆的主力堆型。
主要就是看中它闭式燃料循环的优点。
世界各国纷纷投入到第四代核反应堆的研究当中，可谓百花齐放。
中国也制定了“压水堆-快堆-聚变堆”的核能发展“三步走”战略。
而就在各国还在努力研究的时候，中国已经建成全球首座第四代核电机组——石岛湾高温气冷堆。
在它面前，“华龙一号”也显得稍逊风骚。
山东荣成石岛湾核电站也成为一座既有三代机组又有四代机组的综合型核电站。
第四代反应堆的六种堆型，中国几乎均有涉足，并取得成果。
钍基盐熔堆——已在甘肃建成，并投入运行。
钠冷快堆——已建造试验堆。
高温气冷快堆——中国已成为全球领跑者。
超临界水冷堆——同国际前沿跟随并跑。
铅基堆——已建成规模最大、性能领先国际的试验装置群。
综合来看，中国第四代核电技术水平已经处在世界第一梯队。
想想这一切，觉得好神奇。
爱因斯坦提出质能方程是在1905年，那个时候中国还是清王朝。
还要等7年，这个腐败的王朝才会灭亡。
灭亡后，中国不是立马屹立于世界东方，而是又经历了一系列更深的苦难。
吃穿都成问题，哪里还顾得上科技。
但是，一百年后，它竟然走在了核能科技的最前沿。
这是怎么做到的？
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