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15年前,為破解歐美核電特種混凝土技術,中國工程師上演絕地反擊

15年前,為破解歐美核電特種混凝土技術,中國工程師上演絕地反擊

關注胖先生,聽中國科學家的故事

2007年,中國廣東,圍繞著台山核電站的建設方案,中法之間正在進行一場激烈談判。

“鑑於貴國無法提供符合我方要求的混凝土,因此我方建議施工所用的混凝土,全部從法國進口。”

“至於價格嘛,大家都是朋友,我就給你們按20萬一方結算吧!”

聽了這個報價,在場的中國工程師們都倒吸了一口涼氣:這個報價簡直就是離譜他媽給離譜開門-離譜到家了!

做工程的小夥伴們都知道,我國是混凝土生產和消費大國,

普通混凝土的價格每方也就400多,法國人報給我們的價格,足足貴了500倍!

“莫非你們法國的混凝土摻了黃金?否則沒理由這麼貴啊!”聽聞法國人的報價,在場有中國工程師按捺不住,不服氣地出言譏諷。

“我們的混凝土當然沒有摻黃金,

但也不是你所瞭解的那種普通混凝土,

要知道我們將要建造的是核電站,假如發生安全事故,高溫核燃料洩露了,

你敢擔保你們中國的混凝土能夠應付的來嗎?

15年前,為破解歐美核電特種混凝土技術,中國工程師上演絕地反擊

建設中的核電站

面對法國人的詰問,現場的中國工程師們面面相覷,無一人敢接他的話茬做保證,法國人的話聲音雖不大,但聽在中國工程師們的耳中卻不亞於洪鐘大呂,讓他們啞口無言:

“是啊,如果安全問題解決不了,那臺山核電站的一切都是空談!”

看著對面竊竊私語的中國工程師們,此刻法國人的內心得意極了:

“哼,就憑我們這個技術對中國的碾壓,這次必然是吃定你們了!”

在心中默默揶揄完中國同行們,法國人已經開始盤算這次又要賺多少錢了。

……

看到這裡肯定有讀者懵圈了:“法國人的混凝土比中國的到底好在哪啊,為啥他們就如此篤定我們拿不出同類型產品呢?”別急,接下來胖先生我就給大家科普下,讓法國人如此自信的

核電犧牲混凝土技術

,到底有什麼奇妙之處。

不過要說法國人的犧牲混凝土之前,還得提一嘴台山核電站所採用的第三代核電技術-

歐洲壓水反應堆(EPR)。

自從1945年美國研發出原子彈後,核武器作為一種威懾性武器基本沒有使用機會,

所以如何把核技術轉為民用發電技術,

就成了美歐各國爭相研究的熱點領域。

最先成功的是英國,他們用了4年時間,緊隨其後的是蘇聯,用了5年時間,法國用了7年,美國用了12年,

至於中國,則整整用了30年!

這絕對讓人大跌眼鏡,畢竟中國當年研發原子彈也才僅僅用了5年時間,怎麼核電技術反而被落下這麼多呢?

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核電站的冷卻塔

一切都是有原因的,首先歐美各國研發核電的初衷,其實是變相的秀武力,而中國一貫以和為貴,打心眼裡就瞧不上歐美研發核電的行為,這才導致錯失了全世界範圍核心電技術起步階段的發展機會,再者20世紀60年代到80年代期間,我國經濟體量沒那麼大,火力發電就足以支撐全國用電需求,也就沒有研發核電的緊迫性,

總之種種因素相疊加,等中國意識到核電的好處時,我們已經大大落後了。

歐美核電技術的發展主要經歷了3代,第一代實際上就只解決了有無的問題,證明核電技術的確可以用來發電,

至於成本和安全性嘛,不提也罷。

第二代核電技術透過不斷研發改進,核電成本終於降到能被人們接受的程度,開始了大規模推廣,重點解決了經濟性問題,但安全性則被完全忽視,以至於二代核電站安全事故不斷,較大的就有三起,

分別是1979年美國三里島事故、1986年蘇聯切爾諾貝利事故還有2011年日本福島核洩漏事故,

這三起事件,讓人們意識到核電再好,不安全也是白費勁!

因此第三代核電技術重點解決安全問題,EPR就是一種典型的三代核電技術,為了確保核反應堆的安全性,法國AREVA公司採用了雙堆殼結構,其中外部堆殼主要應對外力衝擊,

而內部堆殼則確保核燃料不洩露,要想實現這一目的,就離不開一種核心材料:犧牲混凝土!

看完犧牲混凝土的來歷,咱們再說下犧牲混凝土的作用機制,假如核電站不幸發生嚴重事故,其堆坑區必然會不斷積累高溫堆芯熔融物,此時

犧牲混凝土在高溫炙烤下就會熔化,然後與堆芯熔融物混合給其降溫。

犧牲混凝土中的氧化鐵(Fe2O3)還能夠在第一時間內氧化堆芯熔融物中的鋯,使其沒有接觸水產生氫氣的機會,從而避免發生爆炸,另外犧牲混凝土中的二氧化矽(SiO2)還可以在高溫下形成玻璃態基體,把有放射性的裂變產物固定在其內,

防止其擴散至外界造成嚴重的輻射事故,可謂“一材多能”。

我們可以試想下,假如當年日本人也有犧牲混凝土這種神奇材料,那麼福島第一核電站的1至4號機組也就不會發生氫氣爆炸,

後續對環境的影響也就不會如此之大了!

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未完成的反應堆核心

犧牲混凝土安全效果好,同樣也很難造,這主要是因為其配方和普通混凝土差別巨大,就以文中開頭法國人針對台山核電站所提的混凝土指標要求來說,氧化鐵(Fe2O3)和二氧化矽(SiO2)的質量分數總和不低於53。4%才能確保堆芯熔融物中的單質鋯能夠被全部氧化,

而普通混凝土遠達不到這個指標。

除了成分問題,犧牲混凝土還要求有較強的高溫抗爆裂性,畢竟核反應堆一旦發生事故,內部溫度可以輕鬆達到2000℃,普通混凝土內部水分蒸發疊加碳酸鈣(CaCO3)分解生成的二氧化碳(CO2)氣體,會產生強大的誘導應力,導致普通混凝土剝落甚至是爆裂,而為了解決這個問題,

就得需要新增一種高分子纖維材料,至於是什麼材料,那可就是法國人的核心機密了。

所以各位看明白了吧,犧牲混凝土雖然也是混凝土,但兩者的製作難度絕非一個檔次,這也是法國人敢要高價的底氣所在,

因為全世界除了法國人,任誰也拿不出來這種材料!

……

“難道我們就真的這樣被法國人揉捏了嗎?”會議結束後,不甘心的中國工程師們討論著。

“不然還能怎樣?

你我都是搞核技術的,混凝土也不是咱們的強項啊!

“隔行如隔山,不如我們去問問建築專業的人,看看他們有沒有辦法。”

核電專業工程師們對於這種特殊材料束手無策,他們決定請場外嘉賓求援:

負責台山核電站現場構築物施工的中建電建公司!

就這樣,犧牲混凝土的指標要求報告,

被送到了擁有豐富核電站建設經驗的中建電建土木工程師們的面前。

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核電站的冷卻塔,白煙是水蒸氣

“各位,對於台山核電站反應堆內層堆殼犧牲的混凝土材料,大家有什麼建議,都說下吧!”

“這個材料的指標報告我們都看了,確實是一種聞所未聞見所未見的新材料,

要想突破,難度不小啊!

“是的,這個材料中最主要的矽鐵比例和我們熟悉的完全不一樣,如何在保證這個指標的前提下,還能保留混凝土原有的效果,這是個挑戰,更何況,

那種未知的高分子纖維材料,我們也毫無頭緒!

會上大家各抒己見,

但一種畏難的情緒,

還是在不經意間充斥了整個會場。

“我們國家核電市場廣闊,未來必然還會有更多的第三代核電站專案上馬,如果不及早解決這個問題,

難不成要永遠被法國人卡脖子嗎?

”聽完大家的發言後,技術總工說到。

“底子差咱就一點點追,沒資料咱就一點點試,

我就不信了,既然他法國人做出來了,咱們中國人就沒辦法做出來嗎?

咱們不但要做,還得做的比他們更好才行!”

“從現在開始,由各組抽調技術骨幹成立專項研發團隊,

力求在3到5年時間內突破犧牲混凝土研發核心工藝!

總工的話擲地有聲,深深地刺痛了在場的每一位工程師們:

“是啊,如果連自己都突破不了這個技術,那麼放眼全中國,還能指望誰呢?這一次,我們不能退了!”

就這樣,由中建二局旗下中建電力公司牽頭組建的犧牲混凝土科研攻關小組成立,成員們信心滿滿,決意打一場突圍戰。

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核電站的控制室

但破解被法國人嚴防死守的犧牲混凝土技術談何容易?有關於此種材料的可參考資料少之又少,成品樣本也很難獲得,

逆向研發難如登天,只能從頭開始,

從海量的材料配比和成分調整一點點的出資料看效果,然後再根據效果稍好的小試實驗資料進行放大化中試實驗,上機模擬核反應堆事故條件,考核新材料的效能。

要說給全世界最聰慧的種族排行,中國人一定名列前茅,雖然在各項世界高科技領域一度落後,但被卡脖子久了之後爆發出來的潛力則是十分驚人!中建二局的工程師們也不例外,透過5年的不間斷研發,

他們最終利用中國生產的高分子纖維材料完美改性犧牲混凝土,

不但能夠大幅減少原材料的浪費,還在國際上首次利用

X-CT等現代測試技術

揭示了犧牲混凝土在高溫下的劣化機理,更不用說連法國人都沒有的更符合實際的

MCCI數值模擬模型!

看著由中國人自己研發的成品核電犧牲混凝土各方面效能比自己的原始產品還好,

目瞪口呆的法國人,這次也不得不伸出大拇指:

“你們中國人,真是了不起,我們服了!”

2019年,位於廣東省台山市赤溪鎮的台山核電站正式併網執行,我們在全球範圍的核電技術競賽中,又成功地追上了一局!

轉眼間,已是2022年,如今我們憑藉自己的核電技術早已在世界舞臺上有了一席之地,

在這個看似不可能的大翻盤背後,有著無數中國工程師、科學家們的付出,

如果各位還想繼續瞭解他們的故事,歡迎關注我,咱們下期繼續講中國核電逆襲背後的提氣故事!

15年前,為破解歐美核電特種混凝土技術,中國工程師上演絕地反擊

世上無難事,只要肯攀登!

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