使用核外电子能源的是化学能（或化石能源），使用原子核能源的是核能（也称原子能）。原子弹和氢弹之后，最先使用核能的是核潜艇，它改写了海上作战的历史。把核潜艇上的反应堆搬到陆地上，便成了用于发电的核电站。和平利用核能成为第二次世界大战后新时代的标志，那个时代被称为原子能时代。世界上已经建设的大部分核电站是用水冷却的。
我现在介绍的是一种创新型的核电站：模块式高温气冷堆核电站。作为国家科技重大专项，项目的总体目标是：建设一座发电功率为20万千瓦的模块式高温气冷堆核电站示范工程，为发展第四代核电技术奠定基础。
模块式高温气冷堆核电站的最主要特征是高温。按照热力学第二定律，温度越高，能量转化的效率越高，用途越广泛，技术要求也越高。同时，高温还有一个重要的特点，就是温度越高，散热也越强。尤其到1000度到1500度的情况下，辐射散热成为主要因素。按照黑体辐射定律，散热量与温度的四次方成正比。温度的升高导致散热能力的急剧升高。
温度越高散热越强这个物理特性有什么用呢？它是可以成为解决核能安全这么一个世纪性难题的一条革命性途径。核能安全主要取决于两个重要问题的解答。第一个问题是反应堆是否会像原子弹那样爆炸？这个问题物理学家已经解决。因为原子弹很难实现，我们所用的这种低富集度铀-235形成的反应堆堆芯很容易终止裂变反应，要防止爆炸很容易。核能安全的第二个问题，也是最棘手的问题，就是反应堆会不会像美国三里岛和日本福岛事故那样发生堆芯熔化。堆芯熔化的原因很明显，就是反应堆的散热问题。解决反应堆的散热问题有两个途径。一个途径就是千方百计百计千方的浇水。这种方法在现代主流的两代和三代压水堆核电站已经得到很好的应用。除了千方百计浇水之外，还有另外一条途径。那就是利用温度越高散热越强这么一个特点，实现自然散热。也就是不需要浇水，它也不会熔化。
但是温度高了，带来一个新的问题就是，材料能否承受这么高的温度。有一个核心关键技术叫碳化硅TRISO核燃料技术，其中心是0.5毫米的二氧化铀燃料小球，在这个燃料小球外面包了四层，其中一层是碳化硅，能耐很高的温度和辐射，而且抗化学侵蚀，对空气和水有很好的阻挡作用。上万个燃料小球装到一个大核燃料球里，它的直径为 6厘米，大小与网球相仿。我们开展了种种的验证考验，在到1600度甚至到接近2000度的条件下考验，这种核燃料球都不会发生破坏，不会发生放射性泄漏。
清华大学花了超过30年的时间，实现了这种技术从实验室、中试生产线到年产30万个核燃料球的世界最大规模工业生产线的跨越，成功转移到中国核工业北方核燃料厂生产。现在已经生产70万个，达到了世界最高水平。
只有高温散热还不够，我们还有第二个概念——模块式。模块式解决的问题可以用比喻来说：一个大胖子不太容易散热，我们要把大胖子变成十个瘦子，手牵手，这样散热面积就大了。用10个十万千瓦的模块并列起来，能够实现100万千瓦的核电站，不仅安全，同时在经济上也将具有竞争力。
这种模块式高温气冷堆核电站的中心是网球大小核燃料球床。大概40万个核燃料球组成一个模块，发电10万千瓦。6-10个模块组成一个核电机组，发电60-100万千瓦。世界上第一个模块式高温气冷堆核电站的示范工程，是由清华大学和中国核工业集团、华能集团合作，在山东荣成石岛湾建设20万千瓦的高温气冷堆核电站。核电站包含两个反应堆模块，把这两个模块放到一个厂房，产生的蒸汽推动一台20万千瓦的汽轮机发电。
这个项目受到国务院的批准，经过非常严格的核安全审查。虽然反应堆具有固有安全性，但是它的安全审查所应有的步骤一点都不能少，采用了跟一般商业核电站同样的标准。在2012年12月9日，我们在荣成浇注第一罐混凝土，现在核电站反应堆核岛、汽轮机厂房都已经建成了，我们正在利用主控制室对各个设备进行调试。
在项目实施过程中产生了若干重大技术突破。我们在清华大学昌平基地建成了世界最大规模的大型氦气工程实验室，实现跟反应堆同样参数的氦气，对即将进入核电站的设备逐个进行工程试验验证。年产30万个高温气冷堆燃料球的生产线已经投入商业运行。美国人认为这是个对于他们来说卡脖子的问题。中国人已经做出来了。
另外一个关键设备是核电站的心脏叫做主氦风机。氦气风机采用的是磁悬浮轴承，世界上最大规模立式磁悬浮轴承氦气风机已经制造完成，而且也已经完成了2-3年完整的工程验证实验。另外，反应堆压力容器在世界范围内规模最大、技术要求等级最高，已经由上海电气制造完成。高温气冷堆最后最关键的重大技术突破是蒸汽发生器也同样已经完成。目前，高温气冷堆核电站的所有设备已经在现场安装好，正在最后的调试过程中。
总结这个过程，我认为高温气冷堆充分体现了我们国家制度优越性。它首先是被863计划（国家高技术研究发展计划）列为非常有前景的研究方向，当时美国、德国、日本走在我们前头。从八十年代起，清华老校长王大中院士等一代科学家开始跟踪，在科技部支持下在清华于2000年建成实验堆，走进了世界第一方阵。高温气冷堆的建设，是我们国家第一次在自主创新的商用规模核电站建设上，走到世界领先地位。现在美国已经成立了一家公司，也在做这方面的事情，但是已经被我们甩在了身后。
国际上一个著名的报告称，中国开发和推广他们球床堆的战略是高度创新的，并充分利用了中国独有的优势。如果中国成功建造了一个既提高了安全性又经济的模块式反应堆，这样一个核技术上的根本性转变会使中国成为在向其它国家销售商用核反应堆方面的世界领先者。如果这一战略成功的话，它将领先至少十年或者更长时间。某知名杂志曾在2004年9月刊登文章介绍我国的高温气冷堆项目，核心话题是不会熔毁的反应堆。
现在有若干个国家在跟踪我们的核电技术，而且也要建设并商用，其中包括发达国家。我们以示范工程为技术基础，现在已经完成了60万千瓦机组的初步设计，得到了核工业集团、广核集团、华能集团的关注，将投资这方面的项目。国务院也已经把高温气冷堆核电站列入了相关规划。
高温气冷堆推广后的用途，第一是燃煤替代。因为温度参数很高，所以对于燃煤电厂，基本上除了把锅炉换成核锅炉，其他都无需改变，在我国东部限制燃煤使用的地区能起到很好的替代作用。第二是热电联产，能产出400-500度以上的高温蒸汽，具有非常高的价值。第三是核能制氢，我们最近研究的技术方案表明，现在利用高温气冷堆能够实现大规模的核能制氢和零碳排放，而且从成本上接近市场的最低水平。今年7月份，中国核工业集团、宝武集团和清华大学签署了合作协议，共同推动高温气冷堆核能制氢商业化项目和大型工程项目。
总结起来，我国模块式高温气冷堆已经处于领跑的位置，它具有最高的核能安全水平，能够提供最高温度的核能源。我们即将完成重大专项的预定目标，走向国内外市场。