北京
核能的底層邏輯，其實比想象中簡單。物質和能量可以相互轉化，一小塊鈾里面鎖住的能量大得驚人。所有核電站做的事本質上就一件——把原子核里儲存的能量釋放出來，燒熱水、驅動汽輪機發電。壓水反應堆（PWR）是目前地球上最常見的反應堆類型，占了全世界商業反應堆的大約七成，剩下的三成里也大多跟它共享同一個技術祖宗。
這套裝置的核心機理并不高深。反應堆里放的是裂變燃料，通常是鈾?235。中子像子彈一樣撞擊鈾原子核，原子核分裂，釋放出兩個或三個新的中子，同時放出熱量。新中子再去撞別的鈾核，鏈式反應就這么持續下去。整個堆芯不斷發熱，溫度可以飆到六百多華氏度。接下來的任務就是把這些熱量搬走，否則堆芯會熔化毀掉。問題的解法和汽車發動機冷卻系統驚人地相似。
之所以說相似，根源在于一個很樸素的物理常識：壓力越高，水的沸點越高。汽車水箱蓋把冷卻系統密封加壓，就是為了讓防凍液在一百一十多度都不沸騰；壓水堆把冷卻劑回路的壓力打到大約一百五十巴（約兩千一百七十六磅每平方英寸），目的也一樣——不讓水變成汽。這樣堆芯出口的冷卻水即使到六百一十七華氏度，依然是液態，能高效地把堆芯熱量帶走，還不產生容易失控的氣泡。這條高壓回路就是整個壓水堆安全設計的核心。
不過，光有高壓熱水還不夠，發電需要的是蒸汽去推動汽輪機。壓水堆的巧妙之處在于把水系統拆成了互不相通的兩條回路。高壓的冷卻劑回路在堆芯吸飽熱量，流進一個巨大的熱交換器（叫蒸汽發生器），把熱量傳給第二條低壓回路里的水。低壓回路壓力低得多，水一加熱就變成飽和蒸汽，溫度雖然遠低于堆芯出口水溫，但足夠推動汽輪機葉片旋轉，帶動發電機輸出電。兩條回路物理完全隔離，堆芯里的放射性物質被牢牢關在第一回路里，絕不會跑到驅動汽輪機的蒸汽里去。這種雙回路設計，等于給放射性加上了一道可靠的物理屏障。
第一回路里的水不只充當冷卻劑，還身兼“減速劑”的角色。核裂變快中子的速度太快，不容易被鈾?235捕獲，必須讓它們慢下來才能維持鏈式反應。普通水就能勝任減速工作，但為了讓反應性控制更精準，電廠會在冷卻水里溶入硼酸。硼是極好的中子吸收劑，通過一套專門的化學注入系統，可以實時微調硼酸濃度，從而精細控制堆芯反應速率。這種化學補償控制配合控制棒的機械調節，讓壓水堆能在負荷變化時依然穩穩當當運行。
壓水堆的技術源頭并不在發電廠，而在深海。上世紀中葉，美國海軍為核潛艇開發了緊湊、高可靠性的反應堆，壓水堆緊湊的雙回路方案正好能滿足潛艇對空間和安全性的嚴苛要求。潛艇反應堆的設計經驗隨后被放大、移植到陸地，演化出今天支撐多國電力基荷的百萬千瓦級商用壓水堆。那套加壓水雙回路的骨架，從鸚鵡螺號潛艇到如今全球電網中最普遍的反應堆，始終沒變。
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