方 方

“要使公眾接受核能，反應(yīng)堆安全必須是‘固有的’?！泵绹丝茖W(xué)家泰勒在1956年說。

這句話，在中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)原校長王大中心中盤桓了幾十年。固有安全反應(yīng)堆，是核能安全的最高目標(biāo)，也是他堅定不移的追求。

王大中

2011年日本福島核事故后，我國有一座10兆瓦高溫氣冷堆得到《紐約時報》的高度評價，“即使在福島那樣的災(zāi)害條件下，也是安全的，不會發(fā)生災(zāi)難性后果”。而這，正是王大中科研生涯中主持建造的兩座最重要的反應(yīng)堆之一。

“我們科技工作者要自覺地為科技自立自強作貢獻(xiàn)，科技創(chuàng)新就是我們最主要的愛國方式?！钡弥约韩@得2020年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎之后，王大中說道。

既建堆又建人

20世紀(jì)50年代，考入清華大學(xué)機械系的王大中看到了一個紀(jì)錄片。片中講述了蘇聯(lián)第一個原子能發(fā)電站——奧布靈斯克核電站。

盡管它的功率只有5000千瓦，但在那厚厚的混凝土墻和自動開啟的大鑄鐵門后面的原子反應(yīng)堆，還是給王大中留下了深刻的印象。為什么原子核裂變能釋放出巨大的能量？核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是怎么發(fā)生和控制的？……一個個問題浮上心頭，王大中想要探個究竟。

恰逢清華大學(xué)為響應(yīng)國家開發(fā)核能的戰(zhàn)略，于1956年成立了工程物理系，王大中被抽調(diào)成為我國第一批反應(yīng)堆專業(yè)的學(xué)生?！澳菚r候，核反應(yīng)堆在我們國家還是一個‘短腿’，”王大中回憶道，“我希望畢業(yè)之后能在這個領(lǐng)域為國家作一些貢獻(xiàn)?！?/p>

任務(wù)很快就來了。

1958年，清華大學(xué)提出要自行設(shè)計和建造一座功率為2000千瓦的屏蔽試驗反應(yīng)堆。重任落在了平均年齡只有23歲半的一批清華師生的肩上，這里邊就包括剛剛畢業(yè)留校的王大中。1960年，工程編號為200的清華大學(xué)原子能研究基地正式興建。

“核工程本身各個方面都會涉及到，有一點紕漏就會造成整個大裝置出問題。”王大中說。當(dāng)時的中國，原子能研究領(lǐng)域剛剛起步，人才隊伍、科研條件、物質(zhì)條件相當(dāng)薄弱。那支年輕的隊伍，最初并無多少經(jīng)驗，他們基本上沒見過核反應(yīng)堆。由他們做出第一座中國自主設(shè)計、建設(shè)的核反應(yīng)堆，看起來似乎不可思議，但他們硬是把這件事兒干成了。

這是王大中第一次參與建造核反應(yīng)堆，在他眼中，那時候是“學(xué)中干、干中學(xué)”，“既建堆又建人”。從反應(yīng)堆的基礎(chǔ)施工到反應(yīng)堆的設(shè)備的安裝調(diào)試，他接觸到了整個反應(yīng)堆設(shè)計建造的全過程，得到全方位的考驗和鍛煉，成長為真正的骨干。

終于，到1964年，這座屏蔽試驗反應(yīng)堆成功建成臨界并投入運行，“200號”工程圓滿完成了，“知難而進(jìn)，眾志成城”的精神也在清華人心中萌芽。從最初的原子能研究基地，到后來的核能技術(shù)研究所，一直到如今的核能與新能源技術(shù)研究院，清華人始終習(xí)慣稱之為“200號”——透過這個名字，仿佛能聽到那段激情燃燒的歲月中，一群23歲半的年輕人堅定地喊著：“用我們的雙手開創(chuàng)祖國原子能事業(yè)的春天！”

不會熔毀的反應(yīng)堆

從零到一，正當(dāng)中國人想要開創(chuàng)自己“原子能事業(yè)的春天”時，美國三哩島核電站的堆芯熔化事故將世界核能事業(yè)拉入低谷。

安全，像一座大山，壓在了核能科學(xué)家的頭上。按照泰勒提出的構(gòu)想，只有抽出所有控制棒而堆芯不熔毀，反應(yīng)堆的安全性才能夠得到終極解決，打消公眾的疑慮。但到20世紀(jì)80年代時，也沒人真正造出過一座不會熔毀的反應(yīng)堆。

1985年，王大中接過了核能技術(shù)研究所所長的擔(dān)子，成為“200號”新的掌舵人。這一年，他有兩個動作備受矚目：主持國家“七五”重點科技攻關(guān)項目“5兆瓦低溫核供熱堆研究”，布局高溫氣冷堆的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及試驗。

5兆瓦低溫核供熱堆在1989年建成。它是世界上首座一體化自然循環(huán)水冷堆，也是世界上首次采用新型水力驅(qū)動控制棒的反應(yīng)堆。建成后的3個冬季，它供熱運行累計8174小時，供熱可利用率達(dá)到99%。“該堆充分利用了非能動安全設(shè)計，具有非常高的安全裕度，達(dá)到了很高的可靠性和可利用率。”國際原子能機構(gòu)評價道，“這是中國對世界核能的重要貢獻(xiàn)”。

就在5兆瓦低溫核供熱堆獲得國際高度評價時，核能與新能源技術(shù)研究院對高溫氣冷堆的研發(fā)也取得了重大進(jìn)展并迎來重要發(fā)展機會。

2021年9月12日，王大中（中）、吳宗鑫（左）、張作義（右）在山東石島灣高溫氣冷堆示范工程現(xiàn)場

早在德國訪學(xué)時，王大中就敏銳地捕捉到一個新概念：模塊式的高溫氣冷堆可以具有固有安全特性。他堅信，這將成為未來核能發(fā)展的重要方向之一。即便切爾諾貝利事故使世界核能發(fā)展再次墜入低潮，他也未曾動搖過這個信念。

隨著關(guān)鍵技術(shù)逐漸取得突破，1992年，國務(wù)院批準(zhǔn)立項，由國家原“863”高技術(shù)計劃支持，在清華大學(xué)“200號”建設(shè)一座10兆瓦高溫氣冷實驗堆。從1995年正式動工興建，到2000年建成、2003年并網(wǎng)發(fā)電，為了這個世界首座模塊式球床高溫氣冷實驗堆，王大中團(tuán)隊突破了數(shù)十項核心關(guān)鍵技術(shù)，其中15項達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2004年9月，國際原子能機構(gòu)組織24個國家60余位科學(xué)家見證了“不插入控制棒下反應(yīng)堆喪失冷卻”的安全試驗。2005年7月，在10兆瓦高溫氣冷實驗堆上進(jìn)行的“抽出所有控制棒且疊加不緊急停堆”實驗順利完成。從泰勒提出構(gòu)想算起，這是世界上迄今僅有的在實際反應(yīng)堆上進(jìn)行此類安全驗證的實驗，成功驗證了高溫堆的固有安全性，10兆瓦高溫氣冷實驗堆被國際公認(rèn)為“達(dá)到當(dāng)今世界核能安全的最高水平”。美國雜志W(wǎng)ired更是直接稱之為“不會熔毀的反應(yīng)堆”?？缭桨雮€世紀(jì)，泰勒的構(gòu)想終于在中國變成了現(xiàn)實。

“走模塊式球床高溫氣冷堆技術(shù)路線”和“在核心關(guān)鍵技術(shù)上堅持自主創(chuàng)新”，只是王大中在20世紀(jì)80年代作出的3個重大戰(zhàn)略性選擇中的兩個。另外一個是，要踐行從小規(guī)模實驗堆到全尺寸工業(yè)示范電站的發(fā)展路線。這條路線在華能山東石島灣核電站的建設(shè)上體現(xiàn)得淋漓盡致。

2021年8月，石島灣核電站獲頒運行許可證。從2012年12月正式開工建設(shè)算起，石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程也已經(jīng)走過了近9年。這座示范工程全方位實現(xiàn)了自主創(chuàng)新，關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，是世界首座工業(yè)規(guī)模的模塊式球床高溫氣冷堆核電站；研發(fā)建成了世界唯一一條工業(yè)規(guī)模的球形核燃料元件生產(chǎn)線，完成了示范電站首爐堆芯70萬個燃料球的生產(chǎn)。在王大中的推動和指導(dǎo)下，清華大學(xué)“200號”在20萬千瓦示范工程基礎(chǔ)上，聯(lián)合中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司（以下簡稱“中核集團(tuán)”）完成了商業(yè)規(guī)模的60萬千瓦高溫氣冷堆核電廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。如今，清華大學(xué)已經(jīng)與中核集團(tuán)、中國寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司簽署了合作協(xié)議，出口溫度950攝氏度的高溫氣冷堆核能制氫技術(shù)的研發(fā)工作也已啟動。

2021年9月12日，86歲的王大中來到石島灣核電站。這一天，這里的反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界狀態(tài)，機組正式開啟帶核功率運行。不久之后，石島灣高溫氣冷堆核電站將并網(wǎng)發(fā)電，中國高溫氣冷堆事業(yè)終將實現(xiàn)由跟跑、并跑向領(lǐng)跑世界的轉(zhuǎn)變。

這是中國第一次在一種工業(yè)規(guī)模的先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)上領(lǐng)先世界。王大中曾用“跳起來摘果子”形容他們的攻關(guān)歷程。他認(rèn)為，“跳起來摘得著”才是一個好的目標(biāo)，要想辦法使自己跳得高一些，達(dá)到一個高度后，再瞄準(zhǔn)新的高度。

一步，一步，又一步，王大中和他背后的“200號”人，他們就是這樣跑到“領(lǐng)跑”位置上的。為了這次領(lǐng)跑，他們付出了太多的心血。萬千情結(jié)，最終化成王大中口中那句至為誠懇的話：國家最高科學(xué)技術(shù)獎是份沉甸甸的榮譽，它屬于集體，屬于所有知難而進(jìn)、眾志成城的“200號”人，也屬于所有愛國奉獻(xiàn)、努力拼搏的科技工作者。