第八章第三节地上核电站概貌
远眺核电站的时候，首先看到的是高大的厂房和耸入云天的烟囱。火电站的烟囱，昼夜
不停地冒着银灰色烟龙。但是，核电站的烟囱却从不冒烟，它实际上是一条巨大的通风道，
排出的是肉眼看不见的废气。核电站常常依山傍水，四周绿树成荫，风景如画。如果你走进
核电站厂门，就会发现环境意外安静和清洁。这里既没有小山般的煤堆，也没有庞大的油罐
，就连一点煤灰和油污都见不到。外面没有刺耳的噪声，而在机房里，巨大的汽轮发电机却
在飞转，强大的电流正源源不断送往四面八方。
如果我们到核电站中央控制室看一下，就会发现控制室的正面墙上布满了各式各样的仪
表，指示灯闪闪发光，操纵员通过电脑正在遥控核电站，使之安全稳定地运行。
核电站是能源队列中的巨人。核电站吃食甚少，但力大无比。一座100万千瓦级压水堆核
电站，一年只需 30～40吨低浓铀核燃料。而同样规模的煤电站，一年要供应它212万～350
万吨煤炭。
核电站的不凡风貌，其奥妙就在它的“核发电机”与众不同。
核电站的结构
核电站是怎样发电的呢？简而言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在
核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入
汽轮机，推动汽轮发电机发电。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大
同小异，其奥妙主要在于核反应堆。
核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站
为例，它们是主泵、稳压器、蒸汽发生器、安全壳、汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在
核电站中有各自的特殊功能。
1主泵
如果把反应堆中的冷却剂比作人体血液的话，那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆
内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。
2稳压器
又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时，起保持压力的作
用；在发生事故时，提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高
时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。
3蒸汽发生器
它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发
电机的汽缸作功。
4安全壳
用来限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见
的反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变产物释放到周围环境的最后一道屏
障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。
5汽轮发电机
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力低，
汽轮发电机体积比常规火电站的大。
6危急冷却系统
为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近期建设的核电站都设有危急冷
却系统。它由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射
系统向反应堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。便可缓解事故后果，
限制事故蔓延。
安全壳的作用
核电站里安装着原子反应堆的厂房由于要求特殊，没有窗户。
对于危险的东西，最好的办法是隔离。核电站里的危险物质就是核燃料，它是一种有放
射性的物质，特别是在使用过以后，放射性更为强烈。核燃料是被密闭在称之为燃料元件包
壳的金属管内的。只要管子不破，放射性物质不会漏到外面来，这是第一道防线。燃料元件
放在反应堆的容器内，反应堆容器是密闭的。一切相连的管道、其他各种容器也都是密闭的
。这是第二道防线。整个的反应堆设备都安装在一座密闭的建筑物内，这是一座没有窗的房
子，万一放射性物质冲破第一道和第二道防线外溢，这座没有窗户的房子就是最后的防线。
核电站的反应堆是一个庞然大物，容纳这样一个东西的房子必然也很大，而且必须十分
坚固。设想反应堆发生了十分严重的事故，比如说发生了爆炸，这最后一道防线也绝不能受
到损坏。它就像一个钟罩似的，把一切危险物质或危险气体都罩在里面，不令散发到外面去
什么结构的建筑式样最坚固呢？是球形建筑或球顶状建筑。球形的东西，如果里面产生
压力，那么它所受的力是很均匀的。而且，从几何学上可以知道，球体和其他几何形状比起
来，在最小的表面积之下，有着最大的容积。这就是说照这个样子建成的房子，里面可以容
纳最多的设备，而所用的建筑材料最少，也最坚固。
核电站反应堆厂房就是按照这个原理设计的。由于它的主要目的是防止核电站在运行、
停堆和事故期间，因失去控制而将放射性物质排放到周围环境中去，因而这个没有窗的房子
就专门叫做“安全壳”。
安全壳的材料与构造
20世纪50年代的“安全壳”，为了达到密封和坚固的目的，是做成球形的。这是一个很大的
球，直径大到20～30米，是用厚达50毫米的钢板压成弧形，一块块地拼焊起来的。这要有很
高的焊接技术，才能保证密封得很好。这种巨大的圆球，构成了核电站特有的宏伟壮观的景
色。
造一个这样大的球形钢壳，要用几百吨钢材。钢材用得多还在其次，主要的困难在于焊
接工艺不易达到要求。几千块钢板，几万米焊缝，要做到一丝儿气体也不漏，实在是很困难
，而且还要防止焊接中钢板变形。既然安全壳是一种工业建筑，为什么不能用钢筋混凝土来
造呢？60年代，人们就为核电站建成了钢筋混凝土的安全壳，里面敷上钢衬里。式样也从球
形演变为圆柱形上接一个半球形的盖，这样便于浇灌。钢筋混凝土壳厚达一米，用来承受压
力，而钢衬里只用来保持密封，这样，钢板可以用得很薄，焊接时就比较容易达到气密的要
求了。
有时候由于要求更可靠的气密性，在钢衬里和混凝土壳之间留一层一米多厚的空气隙，
空气隙内的气压比周围环境的大气压低一些，如果钢壳发生泄漏，有放射性的气体就漏入这
空隙中，但是它不会再透过混凝土壳的裂缝漏到外面去，只能是外面的大气漏入空隙中。漏
入空隙中的有害气体便可吸入专门的处理设备中加以处理，以除去有害的成分。
为了使混凝土安全壳更加坚固，现在大部分新建的核电站都采用预应力混凝土安全壳。
它的原理很像紧箍木桶的铁箍的妙用。在混凝土里嵌进许多纵横交错的钢丝绳，用巨大的螺
旋机构将钢丝绳拉紧。这样的安全壳十分可靠。每一股钢丝绳都可以安装测力的仪器，随时
检查拉紧的情况，如果有哪一根松了，便及时重新拧紧。用这么多钢丝绳捆紧的混凝土壳，
不可能一下子崩开。要是损坏的话，总是先裂一条小缝，钢丝绳的弹力就会把这条小缝挤合
。这样的建筑物，固然没有窗，那么门有没有呢？门当然是要有的，不然怎么进去呢？不过
这门也是密封的，而且还是十分坚固的。
安全壳的事故考验
这样的安全壳，在设计的时候就已经考虑到，即便壳内的反应堆本身发生最大事故，它
也不会损坏。那么它对外面来的“飞来横祸”是不是有足够的防御能力呢？作为安全的考虑
，应该把所有的可能性都估计到。
安全壳旁边就是汽轮发电机厂房，这是一栋没有防护的厂房，如果汽轮发电机正在高速
运转，忽然，旋转着的叶轮碎裂了，裂成了几个碎片，它们冲破屋顶，打在安全壳上，结果
会怎么样呢？最好的办法是做实验。做一块厚达14米，面积为6米长×6米宽的钢筋混凝土
板，它同实际核电站的反应堆安全壳的混凝土壁是一样的。把重达15千克的汽轮机叶片放
在一个小型火箭的头部，发射火箭，使火箭加速到每小时300千米的速度，射击这块混凝土
板，看看它是否损坏。
每小时300千米是计算出来的碎片可能的甩出速度，试验的结果是叶片的一头钻入了混
凝土中达半尺深，而整块混凝土板却没有大的损伤，只不过在背后有少许裂纹而已。
如果电线杆因刮大风而倒在安全壳上又会怎样呢？坚固的安全壳肯定不会损坏。
要是一架飞机失事，撞在安全壳上，这又会发生什么结果呢？很多研究者在研究这种事
故发生的可能性和后果。幸亏核电站总不会建在飞机起落频繁的航线之下。要是真的有一架
飞机撞到核电站的安全壳上，是不是会撞破安全壳，那要看是什么飞机了。小型飞机对安全
壳可能不会造成什么大损害。
地震会不会使安全壳破裂？这在选择厂址的时候就已经做了回答，那时就已经对地质情
况作了调查，最好是在从未发生过地震的地区，并且按照防震的要求来建造核电站。也就是
说，即便发生最大的地震，安全壳仍旧能保持完整；不管是下陷也好，翻倒也好，安全壳仍
应安然无恙。这样，里面的东西即使震坏了也不致漏出来。
也许有人问，要是一颗原子弹或氢弹命中了一座核电站的反应堆，结果会怎么呢？这是
一个很有趣的问题。原子弹或氢弹的威力当然足以摧毁安全壳，如果真的发生这情况，造成
放射性物质污染的主要来源便是原子弹或氢弹，而被炸毁的核电站放出的放射性物质，只不
过是加重了这样一场灾难而已。如果真的发生这种情况，即使命中的不是核电站，那后果也
差不多，罪魁祸首当然应该是那颗原子弹或氢弹了。
