《科学画报》
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核电站的混凝土“铠甲”
2021-10-22 10:40:00与传统的火力发电站相比，核电站具有清洁、环保、低消耗等明显的优势。在全球化石能源日益稀缺的背景下，世界各国的能源消费结构都在向清洁低碳加快转变，核电也是我国今后电源结构调整的主攻方向。只要提高安全防护技术，狂暴的原子能就能安全地为人类所用。在核电站中，反应堆安全壳就是一道重要的核安全屏障。
核电站安全壳
核电站由核岛、常规岛、配套设施等组成，核岛包括核反应堆、蒸汽发生器、主泵等。反应堆安全壳是包在反应堆外面起保护作用的立式圆柱状外壳。
核电站反应堆发生事故时会大量释放放射性物质，安全壳就是最后一道核安全屏障，能防止放射性物质扩散污染周围环境。同时，安全壳也是反应堆厂房的围护结构，能保护反应堆设备系统免受地震、龙卷风及其他飞射物的冲击、飞机失事冲撞或化工厂爆炸等偶然影响。目前国际上建造的压水堆核电站安全壳的形式主要有预应力混凝土安全壳和钢结构安全壳两类。
2021年1月30日投入商业运行的福建福清核电5号机组，采用了我国自主创新的第三代压水堆核电技术“华龙一号”。作为“华龙一号”全球首堆，该机组的安全壳采用了双层结构，由内外两层钢筋混凝土再加上中间的不锈钢板构成，就像是为核反应堆披上了厚厚的铠甲。内外两层钢筋混凝土的厚度分别为1.3米和1.8米。内层能确保在反应堆发生事故的情况下，放射性物质不会外泄;外层能抵抗外部撞击的损害，如抵御波音747等大型飞机的冲撞。
可以看到，作为核电站安全壳的主要材料之一，混凝土的性能优劣决定了反应堆的安全与否。核电站安全壳所采用的也不是普通的混凝土，而是能够屏蔽γ射线、X射线和中子辐射的防辐射混凝土。其中的胶凝材料采用硅酸盐水泥或铝酸盐水泥、钡水泥、镁氧水泥等，集料采用重晶石、磁铁矿、褐铁矿和废铁块等。
核电站混凝土结构
混凝土是由水泥、砂石、水和其他材料按一定比例拌和后硬化而成的建筑材料，是现代土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。
由于混凝土结构具有耐久性好、耐火性好、整体性好、可模性好、就地取材、节约钢材、能阻止射线的穿透等优点，它在土木工程中获得了广泛的应用。比如，我国超过100米高的高层建筑绝大多数是混凝土结构或混凝土和钢的组合结构;隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁等交通工程大都采用混凝土结构;大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等水利工程多用混凝土结构;核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气罐、海洋石油平台、电视塔等特种工程也大多采用混凝土结构。
安全壳混凝土结构是核电站的一道重要安全屏障，其在施工期和后续使用期间的安全性备受关注。针对核电站关键混凝土结构安全性预防和控制的世界性技术难题，由同济大学牵头、上海核工程研究设计院等多家单位共同参与，同济大学土木工程学院顾祥林教授领衔进行了“核电站关键混凝土结构的破坏分析与灾害控制”项目攻关。
项目组围绕“早龄期混凝土材料性能时变规律、混凝土结构跨尺度破坏机理、结构倒塌触地振动多介质传播机制”3个关键科学问题，进行了10余年的科学研究、技术开发和工程实践。项目组聚焦核电站关键混凝土结构破坏过程与特点、灾害预测和控制，形成了以混凝土结构早龄期性能演化分析与裂缝控制技术、混凝土结构破坏过程多尺度分析与倒塌控制技术及核电站大型冷却塔倒塌触地振动分析与次生灾害控制技术等创新性、集成性成果，研究成果应用在秦山、桃花江等核电站设计中，为我国先进三代核电技术的自主创新做出了贡献。项目因此荣获了2017年上海市科技进步奖一等奖。
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