就像每個人手里的手機，每一年都在進化升級。核電站也如此，它一直在進步，每次升級的宗旨是比上一代更安全更經(jīng)濟。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

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。現(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%，但因為重水對中子的慢化效果實在太好，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，如果某個國家掌握重水反應(yīng)堆技術(shù)后，只需天然鈾就可以運行核電站，并通過此生產(chǎn)核彈所需原料。

2015年7月14日，經(jīng)歷了長達兩年的拉鋸式談判，伊朗與中美俄英法德六國宣布達成全面協(xié)議，而協(xié)議的一個重要內(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驗堆。世界上第一個能生產(chǎn)出電力的是美國的實驗反應(yīng)堆EBR-I，最初，這個反應(yīng)堆生產(chǎn)出的電力只夠點亮實驗室的4個150瓦的燈泡，后來經(jīng)過改進，最終可為整個實驗室供電。

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，石油大漲價引發(fā)能源危機，這促進了核電的大發(fā)展。目前，世界上商業(yè)運行的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)濟上都有了大踏步的前進，然而，第二代反應(yīng)堆只是一個籠統(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，以至于有的堆型被劃分到了“二代加”的范圍。總的來說，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日才開始投入運營。

第三代反應(yīng)堆

第三代反應(yīng)堆是從第二代改進或者改良而來的，同第二代相比，第三代反應(yīng)堆在安全性和經(jīng)濟性上繼續(xù)提高，同時，通過卓越的設(shè)計，第三代反應(yīng)堆縮短了建造周期，簡化了運行維修，增加堆的壽命達60年以上。

我國的“華龍一號”屬于第三代反應(yīng)堆，采用“非能動”和“能動”相結(jié)合的方式。所謂非能動，就是要求在遇到嚴(yán)重的突發(fā)情況后，在72小時內(nèi)，也就是三天三夜在沒有外部電源的驅(qū)動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，我國的華龍一號在遭遇類似日本福島核電站遇到的9級地震和海嘯，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小時的安全。

下面我們具體來看看，何為“非能動”。在最惡劣的情況下，核電站失去電源，此時最緊要的一步是熄火——把反應(yīng)堆停下來。在反應(yīng)堆出故障時，上方的控制棒因為溫度、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，采用的是自然重力落下。停堆以后還沒完，因為反應(yīng)堆還在放出余熱，如果這個余熱不及時排除，就會導(dǎo)致像福島核電站那樣的氫氣爆炸。而華龍一號在排除余熱的方式也是非能動的。

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

補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，并依靠重力流下。補水箱很大，加上其他水箱，可連續(xù)流三天。以上只是舉了幾個例子，實際上，非能動還包括將反應(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，降低投資和運行成本，進一步提高安全性，擴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2035年左右實現(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)電力其實只是核能的一個重要應(yīng)用，實際上，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)。