氣冷反應(yīng)堆，大家第一次聽可能有些陌生，畢竟我們經(jīng)常提到的壓水堆，沸水堆，金屬堆基本上都是液體作為冷卻劑。但是，氣冷堆并不是一個新潮的玩意，事實上，全球第一臺反應(yīng)堆就是石墨氣冷堆。

圖為1942年美國曼哈頓工程中，諾貝爾獎獲得者費米在芝加哥大學(xué)網(wǎng)球場修建的世界第一臺反應(yīng)堆。這臺反應(yīng)堆按現(xiàn)代觀點非常簡陋——甚至非常危險。這臺反應(yīng)堆實際上就是一個石墨磚堆起來的物體（這就是中文“反應(yīng)堆”這個詞源），控制棒和濃縮鈾棒交替插在石墨磚的空隙里面，當控制棒拔出來時，就會產(chǎn)生鏈式反應(yīng)。1942年12月2日，世界上第一臺核反應(yīng)堆首次達到臨界，現(xiàn)場的蓋格計數(shù)器響成一片，全球第一次可控核裂變就這樣成功了。這臺反應(yīng)堆沒有冷卻設(shè)備，完全靠空氣流量來冷卻，這也是世界第一臺氣冷堆。

由于石墨堆中子通量有利于钚239增殖，所以成為各個軍方用來生產(chǎn)核材料的優(yōu)先選擇。美國在1943年根據(jù)費米芝加哥一號的設(shè)計進行改良，建設(shè)了著名的Hanford核反應(yīng)堆群，整個核反應(yīng)堆群由6臺250兆瓦氣冷石墨堆構(gòu)成，1944-1945陸續(xù)開始投產(chǎn)。

美國hanford生產(chǎn)設(shè)施效率非常高，僅僅到了1945年6月，已經(jīng)完成了數(shù)千克的武器級钚239，并且成功運用到三位一體核試驗和長崎原子彈之中，向全世界證明了原子能的重大力量。當然，也向全世界證明了石墨堆強大的武器級钚生產(chǎn)能力。

因此，受到美國成功的經(jīng)驗，英國，蘇聯(lián)先后建成了一系列石墨堆。這一時代石墨堆主要是用于制造钚239，不是以發(fā)電為主，因此這時候?qū)Ψ磻?yīng)堆冷卻只考慮散熱，不考慮用熱量發(fā)電。后來，隨著蘇聯(lián)奧布寧斯克首先利用核反應(yīng)堆發(fā)電成功，以及美國鸚鵡螺號核潛艇的成功服役，各國紛紛考慮用反應(yīng)堆發(fā)電，因此各國開始考慮設(shè)計更有熱效率的反應(yīng)堆來發(fā)電。

因此，一旦涉及到將反應(yīng)堆熱量提取出來發(fā)電，反應(yīng)堆出口溫度就成為一個重點考察對象。在1950年代，人們就想到了用石墨氣冷堆的高溫氣體發(fā)電。這時候英國人在石墨氣冷堆發(fā)電方面走的最遠，他們考慮到石墨高溫下的氧化性，因此采用了二氧化碳作為冷卻系統(tǒng)，以高溫二氧化碳流體帶出熱量，此時出口溫度約為600攝氏度。這一批反應(yīng)堆至今還是英國主級發(fā)電堆。

有關(guān)于石墨氣冷堆的進一步發(fā)展，就是80年代興起的，以氦氣替換二氧化碳作為冷卻工質(zhì)，把溫度提升到800-1000攝氏度，這就是所謂的高溫氣冷堆。有關(guān)高溫氣冷堆，我可能接下來有時間科普一下。