核電站作為現(xiàn)代能源體系的重要組成部分，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公眾健康。反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)是核電站安全運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)之一，而高安全性電容作為冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵電氣設(shè)備的穩(wěn)壓保障，在輻射環(huán)境下的“穩(wěn)定輸出”性能顯得尤為重要。近年來(lái)，我國(guó)生態(tài)環(huán)境部門持續(xù)加強(qiáng)對(duì)核設(shè)施安全監(jiān)管，通過技術(shù)升級(jí)和嚴(yán)格管理確保核電安全萬(wàn)無(wú)一失。

在核電站運(yùn)行環(huán)境中，輻射對(duì)電子元器件的影響不容忽視。研究表明，長(zhǎng)期處于輻射環(huán)境中的電容器會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)損耗增加、容量衰減、絕緣性能下降等問題。為解決這一技術(shù)難題，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)已開發(fā)出多種抗輻射加固技術(shù)。通過在介質(zhì)材料中添加特殊納米顆粒，可顯著提升電容器在γ射線和中子輻照下的穩(wěn)定性。某核電站在2024年機(jī)組大修期間更換的新型抗輻射電容器，經(jīng)測(cè)試在累計(jì)吸收劑量達(dá)到1×10^6 Gy時(shí)，其容量變化率仍能控制在±5%以內(nèi)，完全滿足核安全法規(guī)要求。

從技術(shù)原理來(lái)看，核電站用高安全性電容器主要采用金屬化薄膜結(jié)構(gòu)，通過特殊的端面噴金工藝和多重密封技術(shù)，確保在高溫高濕及強(qiáng)輻射環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能。這些電容器通常安裝在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的變頻器、穩(wěn)壓器等關(guān)鍵設(shè)備中，其工作溫度范圍可達(dá)-40℃至+105℃，抗震性能達(dá)到IEEE 344標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SSE級(jí)要求。值得注意的是，2025年6月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定》中特別強(qiáng)調(diào)，安全級(jí)電氣設(shè)備必須通過嚴(yán)格的型式試驗(yàn)和老化試驗(yàn)，其中就包括輻射耐久性測(cè)試。

在工程應(yīng)用方面，我國(guó)自主研發(fā)的第三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”采用了多重冗余的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)配置的雙路獨(dú)立電源均配備有抗輻射電容器組，即使單路電源失效，仍能確保冷卻泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)2025年7月國(guó)家核安全局公布的運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用新型電容器的冷卻系統(tǒng)在瞬態(tài)工況下的電壓波動(dòng)幅度較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)降低了60%，大大提升了系統(tǒng)可靠性。這種設(shè)計(jì)理念也體現(xiàn)在最新的核安全改進(jìn)項(xiàng)目中，如某核電站2024年實(shí)施的數(shù)字化升級(jí)改造，就將原有電解電容器全部更換為固態(tài)抗輻射電容器。

輻射環(huán)境對(duì)電子元器件的損傷機(jī)制主要包括電離效應(yīng)和位移效應(yīng)。電離效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)材料產(chǎn)生陷阱電荷，而位移效應(yīng)則會(huì)造成晶格缺陷。為此，核電級(jí)電容器采用了特殊的材料體系：介質(zhì)薄膜使用經(jīng)過輻射處理的聚丙烯材料；電極采用鋁鋅復(fù)合金屬化層；封裝材料則選用含硼硅橡膠，既能屏蔽中子輻射又具有良好的散熱性。2024年某次核安全專項(xiàng)檢查中發(fā)現(xiàn)，采用這種新型材料的電容器在累計(jì)運(yùn)行10萬(wàn)小時(shí)后，其絕緣電阻仍保持在初始值的90%以上。

從安全管理角度看，我國(guó)建立了完善的核級(jí)電氣設(shè)備監(jiān)管體系。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2025年最新要求，核電站關(guān)鍵設(shè)備電容器必須每5年進(jìn)行一次全面性能檢測(cè)，包括輻射老化試驗(yàn)、熱循環(huán)試驗(yàn)和機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)等。同時(shí)，運(yùn)維人員需要每月對(duì)電容器組進(jìn)行紅外熱像檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，這種預(yù)防性維護(hù)策略使電容器相關(guān)故障率下降了75%。在某核電站2024年應(yīng)急演練中，配備新型電容器的冷卻系統(tǒng)成功經(jīng)受住了全廠斷電工況的考驗(yàn)，驗(yàn)證了其卓越的可靠性。

國(guó)際經(jīng)驗(yàn)表明，日本福島核事故后，全球核電行業(yè)對(duì)設(shè)備抗輻射性能提出了更高要求。我國(guó)在借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。目前，國(guó)產(chǎn)核級(jí)電容器已實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能指標(biāo)超越國(guó)際同類產(chǎn)品，如介質(zhì)損耗角正切值控制在0.001以下，局部放電量小于5pC。這些技術(shù)進(jìn)步為核電站安全運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障，也使我國(guó)核電裝備“走出去”戰(zhàn)略具備了更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)顯示，隨著第四代核能系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)電容器等被動(dòng)元件提出了更嚴(yán)苛的要求。高溫氣冷堆和快堆的工作環(huán)境溫度更高，輻射劑量更強(qiáng)，這促使材料科學(xué)領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。石墨烯增強(qiáng)介質(zhì)材料、自修復(fù)絕緣材料等新技術(shù)的應(yīng)用，有望將電容器的輻射耐受性提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)家核安全局在2025年工作要點(diǎn)中明確指出，將支持開展核級(jí)電子元器件加速老化試驗(yàn)方法研究，為下一代核電裝備研發(fā)提供技術(shù)支撐。

從全生命周期管理視角看，核電站電容器的選型、安裝、運(yùn)行和維護(hù)都需要嚴(yán)格執(zhí)行核安全法規(guī)。設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行失效模式和效應(yīng)分析；運(yùn)行階段要實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)；退役階段則需按放射性廢物管理要求進(jìn)行處理。這種全過程管控模式確保了電容器在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)都能保持穩(wěn)定的性能輸出。2024年某核電站的延壽評(píng)估報(bào)告顯示，經(jīng)過抗輻射加固處理的電容器組在運(yùn)行40年后，其關(guān)鍵參數(shù)仍符合運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求。

綜上所述，高安全性電容器在核電站反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和嚴(yán)格的安全管理，我國(guó)已建立起完整的核電設(shè)備供應(yīng)鏈和質(zhì)量保障體系。在“雙碳”目標(biāo)背景下，核電作為清潔能源的重要性日益凸顯，而保障其安全運(yùn)行的“幕后英雄”——抗輻射電容器技術(shù)，也將繼續(xù)向著更高性能、更長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展，為全球核電安全貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和中國(guó)方案。
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審核編輯 黃宇