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上世纪80年代，在中国科学院院士王大中带领下，清华大学开展先进核能技术研发，在国家“863计划”支持下，突破了球形燃料元件、球床流动特性等多项关键技术，并于2000年建成10兆瓦高温气冷实验堆，2003年并网发电。同年，中国核工业集团有限公司与清华大学共同组建了中核能源科技有限公司，正式开启我国高温气冷堆科技成果转化之路。

固有安全性好是高温气冷堆最明显的特征和优势。“高温气冷堆的核燃料元件是耐高温全陶瓷包覆颗粒球形核燃料元件，也称作燃料球。” 清华大学核能与新能源技术研究院院长张作义介绍，在石岛湾高温气冷堆示范电站，燃料球直径为6厘米，最外层是石墨层，里面是弥散在基体石墨粉中的大约1.2万个4层全陶瓷材料包覆的、直径0.9毫米的核燃料颗粒。实验表明，这种燃料球在1620摄氏度高温条件下，仍能够有效阻挡放射性泄漏。

2006年，高温气冷堆被列入国家科技重大专项。2008年，高温气冷堆总体实施方案获国务院批准。2012年12月，石岛湾高温气冷堆核电站示范工程正式开工，由中国核工业集团有限公司、清华大学、中国华能集团有限公司共同建设。其中，清华大学是技术研发主体，负责研发、总体技术方案及核岛主系统主设备的设计，中国核工业集团有限公司作为示范工程建设实施主体及燃料元件生产单位，中国华能集团作为示范工程建设营运主体。

项目实施过程中，中核能源科技有限公司联合相关设计单位和制造企业，实现了研究设计与加工制造的深度融合。中核能源科技有限公司副总经理林立志举例，设备制造方面，完成模块式高温气冷堆反应堆压力容器、电磁轴承主氦风机、组件式直流蒸汽发生器、控制棒和吸收球系统、燃料装卸系统等多个首台套设备研制，1.5万多台套设备中有2200台套为首台套，世界首创型设备超过660台，设备国产化率达到93.4%。

面对示范工程建设过程中的问题与挑战，相关单位全面深化校企合作，搭建了产学研一体化的项目团队，通过示范工程建设取得了一批重大成果：建成并运行世界上首座模块式高温气冷堆核电站，为发展第四代核电技术奠定基础；形成高温气冷堆核电站的自主设计、制造、建造和运行的能力，在世界上处于领先水平。

在设计理念上，高温气冷堆采用模块式设计，每一个小模块约为大型压水堆核电站的1/30。“因此，反应堆停堆后产生的余热处于较低水平，意味着发生意外时，即使不进行人为干预，反应堆也能自动停堆并将余热安全地散发出去。反应堆的堆内温度不可能达到1620摄氏度的高温限值，更不会发生堆芯熔化。”清华大学核研院副院长董玉杰表示。

南宫APP官方2023年12月6日，国家重大科技专项标志性成果、位于山东省威海市荣成石岛湾的高温气冷堆核电站示范工程投入商业运行。这是全球首座投入商业运行的第四代核电站，标志着我国在第四代核电技术研发和应用领域达到国际领先水平。