简要科普反应堆（三）——气冷反应堆

气冷反应堆，大家第一次听可能有些陌生，毕竟我们经常提到的压水堆，沸水堆，金属堆基本上都是液体作为冷却剂。但是，气冷堆并不是一个新潮的玩意，事实上，全球第一台反应堆就是石墨气冷堆。

图为1942年美国曼哈顿工程中，诺贝尔奖获得者费米在芝加哥大学网球场修建的世界第一台反应堆。这台反应堆按现代观点非常简陋——甚至非常危险。这台反应堆实际上就是一个石墨砖堆起来的物体（这就是中文“反应堆”这个词源），控制棒和浓缩铀棒交替插在石墨砖的空隙里面，当控制棒拔出来时，就会产生链式反应。1942年12月2日，世界上第一台核反应堆首次达到临界，现场的盖格计数器响成一片，全球第一次可控核裂变就这样成功了。这台反应堆没有冷却设备，完全靠空气流量来冷却，这也是世界第一台气冷堆。

由于石墨堆中子通量有利于钚239增殖，所以成为各个军方用来生产核材料的优先选择。美国在1943年根据费米芝加哥一号的设计进行改良，建设了著名的Hanford核反应堆群，整个核反应堆群由6台250兆瓦气冷石墨堆构成，1944-1945陆续开始投产。

美国hanford生产设施效率非常高，仅仅到了1945年6月，已经完成了数千克的武器级钚239，并且成功运用到三位一体核试验和长崎原子弹之中，向全世界证明了原子能的重大力量。当然，也向全世界证明了石墨堆强大的武器级钚生产能力。

因此，受到美国成功的经验，英国，苏联先后建成了一系列石墨堆。这一时代石墨堆主要是用于制造钚239，不是以发电为主，因此这时候对反应堆冷却只考虑散热，不考虑用热量发电。后来，随着苏联奥布宁斯克首先利用核反应堆发电成功，以及美国鹦鹉螺号核潜艇的成功服役，各国纷纷考虑用反应堆发电，因此各国开始考虑设计更有热效率的反应堆来发电。

因此，一旦涉及到将反应堆热量提取出来发电，反应堆出口温度就成为一个重点考察对象。在1950年代，人们就想到了用石墨气冷堆的高温气体发电。这时候英国人在石墨气冷堆发电方面走的最远，他们考虑到石墨高温下的氧化性，因此采用了二氧化碳作为冷却系统，以高温二氧化碳流体带出热量，此时出口温度约为600摄氏度。这一批反应堆至今还是英国主级发电堆。

有关于石墨气冷堆的进一步发展，就是80年代兴起的，以氦气替换二氧化碳作为冷却工质，把温度提升到800-1000摄氏度，这就是所谓的高温气冷堆。有关高温气冷堆，我可能接下来有时间科普一下。