高温气冷堆是国际公认的具有先进技术的新型核反应堆,其主要特点是固有安全性能好、热效率高、系统简单.
人们通常把五、六十年代建造的验证性核电站称为第一代；70、80年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发研究成熟的先进轻水堆；第四代核电技术是指待开发的核电技术,其主要特征是防止核扩散,具有更好的经济性,安全性高和废物产生量少.
第四代核反应堆的六个构型中,就有高温气冷堆,这是一个很有前途的方案,现行的高温气冷堆有两个流派：石墨球床和柱状燃料的,前者的使用者是中国和南非,后者是美、俄和日本喜欢的,这里着重说一下我国的石墨球床堆电厂的技术特点.
石墨球床堆也叫卵石堆,最早是德国在本世纪60年代建成了原理堆,由于技术和需求的限制,30年没有大的发展,直到上个世纪90年代,国际能源危机的压力日趋严重,南非和中国先后开始了对这一技术的现代化研究和实用化探索,分别是南非国营电力设计的PBMR(400MW热功率)和中国原子能技术研究院设计的HTR-PM(460MW).两者的设计都已经基本完成,其间中国完成了清华大学10Mw原理堆(HTR-10)的建造和运行工作,HTR-10已经并网多时了.
我们知道,所有的核电站都由几个部分组成：
1：堆芯,核燃料在此低速燃烧,产生热量
2：冷却回路,堆芯产生的热量通过回路里的介质传导出去,使得堆芯保持一个稳定的反应温度,持续工作.
3：发电机组,把冷却回路中的热量通过汽轮机的方式转换成电能.
先说说燃料组件,石墨球床气冷堆的燃料组件大大不同于传统的核燃料组件,你可以把它看成一个西瓜,外壳是硬化的石墨材料,相当于西瓜皮,里面是稍微松散的石墨填料,相当于西瓜瓤,在西瓜瓤里均匀分布着一些以UO2为主要成分的西瓜子,这就是真正的核燃料颗粒,顺便说一下,这个瓜子有个用陶瓷做的瓜子壳,而UO2则相当于瓜子仁.这个西瓜结构的燃料组件直径是6厘米——无论颜色还是尺寸都很像我国北方常见的煤球.我们就暂时把它称作“煤球”好了.
在反应堆的堆芯里面（多是一个环形的圆柱体）,这些煤球就真的和煤球炉子里一样,直接填充进去就好了,在一定的温度下,瓜子仁里面的核燃料开始裂变反应,产生热量,煤球里面的石墨起到慢化作用,保持链式反应的稳定运行,正常情况下,这些煤球的温度是900摄氏度左右.
几何知识告诉我们,一堆球球堆在一起,他们的周围就自然而然的形成了均匀的空隙,这些空隙就是堆芯内部的冷却空间,我们在堆芯的一端注入高压氦气,另一端让高压氦气流出,快速流过煤球空隙的氦气带走了多余的热量,就构成了堆芯冷却的第一回路.900摄氏度的高压氦气从反应堆中出来之后,有两个途径,一是继续经过一个水冷回路,把水加热成蒸汽,推动汽轮机带动发电机发电,更先进一些的就是直接用氦气透平机组把热能转换成机械能,带动发电机.冷却后的氦气继续打回堆芯,就构成了完整的换能循环过程.
在最严重的跑气,堆芯彻底失冷,控制棒卡住下不来,且燃料都是新装的(有劲儿)的情况下,30秒之内,燃料组件就达到了热平衡最大值,温度是1030度左右,而“瓜子壳”的承受能力是1600,所以除非此时用球磨机磨燃料球,UO2还是跑不出来,而此后就是温度继续下降,负反应最终接触链式反应.
即便是堆芯彻底漏气,空气完全取代氦气,有个计算,貌似是3天之后人工干预,只有2.5%左右的燃料颗粒,也就是“瓜子”能彻底暴露出来,而没有机械损伤的话,保护壳不会破裂,UO2还是出不来,形成的只是中子污染和铯134之类的逃逸.而只要反应堆的壳子不坏（之间还有石墨耐热衬层）.此种极限事故的辐射是周边2KM人群
