王大中和三個(gè)核反應(yīng)堆

文/惠之

王大中

2022年1月4日，全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站——山東石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程首次并網(wǎng)發(fā)電，這是全球首個(gè)并網(wǎng)發(fā)電的第四代高溫氣冷堆核電項(xiàng)目，標(biāo)志著我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握第四代核能技術(shù)的國(guó)家之一。作為我國(guó)著名的核反應(yīng)堆工程與核安全專家，中國(guó)科學(xué)院院士王大中為之傾注了大量心血。

“23歲半傳奇”的一員

在清華核研院，一直流傳著一段關(guān)于“23歲半傳奇”的故事。

1956年，著眼于國(guó)家對(duì)原子能人才的迫切需求，學(xué)校成立了工程物理系，來(lái)自河北昌黎的王大中成為該系的首批學(xué)生。兩年后，23歲的王大中畢業(yè)留校。當(dāng)時(shí)清華大學(xué)提出自行設(shè)計(jì)建造2000千瓦屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆，上百人的團(tuán)隊(duì)平均年齡為23歲半，作為骨干成員的王大中投身到屏蔽式核反應(yīng)堆的建設(shè)中。經(jīng)過(guò)整整六年的努力，這個(gè)23歲半的團(tuán)隊(duì)終于建成了我國(guó)第一個(gè)自主設(shè)計(jì)的零功率反應(yīng)堆和屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆。“當(dāng)時(shí)遇到了很多困難，但也充分鍛煉了我們知難而進(jìn)、艱苦奮斗的精神?！被貞浧鹉嵌纹D苦歲月時(shí)，王大中更愿意將它稱為一次“建堆建人”的歷練過(guò)程。

當(dāng)年，從北京市區(qū)前往科研場(chǎng)地要一天的時(shí)間，王大中和同事們都把家安在了基地附近的山腳下。從反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)，到反應(yīng)堆熱工水力學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，再到零功率反應(yīng)堆物理實(shí)驗(yàn)，從系統(tǒng)調(diào)試到反應(yīng)堆一次啟動(dòng)運(yùn)行成功，王大中全程參與，在理論與實(shí)踐結(jié)合的奮斗中，逐漸成長(zhǎng)為具有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和戰(zhàn)略思維的領(lǐng)頭人。

出國(guó)進(jìn)修專攻難題

1980年秋，王大中獲得德國(guó)洪堡獎(jiǎng)學(xué)金資助，赴聯(lián)邦德國(guó)于利希核研究中心進(jìn)修。那里是世界著名的核能研究基地，王大中師從球床高溫氣冷堆創(chuàng)始人蘇爾登教授。那時(shí)美國(guó)三里島核電站事故剛發(fā)生不久，全世界的人們十分恐懼核輻射。王大中認(rèn)為提高核反應(yīng)堆內(nèi)在安全性應(yīng)該是一個(gè)值得研究的新領(lǐng)域，因此選擇了“模塊式中小型高溫氣冷堆的設(shè)計(jì)和研究”。

彼時(shí)，模塊式高溫堆還只是德國(guó)科學(xué)家剛剛提出的一個(gè)概念，其核心是要使反應(yīng)堆具有“固有安全性”，從根本上杜絕堆芯熔毀的發(fā)生。要將概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，困難重重。王大中日夜攻關(guān)，創(chuàng)造性提出“雙區(qū)球床堆”方案，在堆芯中央構(gòu)建一個(gè)石墨球區(qū)，以降低堆芯熱點(diǎn)溫度，從而在保持模塊式高溫堆優(yōu)異安全性能前提下，大幅提升單堆設(shè)計(jì)功率。僅用五個(gè)月時(shí)間，王大中就完成了環(huán)形堆的初步概念設(shè)計(jì)。當(dāng)他將這一方案和驗(yàn)算結(jié)果交給蘇爾登教授時(shí)，這位“球形堆之父”驚喜萬(wàn)分地說(shuō)：“過(guò)去認(rèn)為單堆功率提高10%就很不容易了，現(xiàn)在你的設(shè)計(jì)方案可實(shí)現(xiàn)大幅度提高，這是很了不起的，這種環(huán)形堆應(yīng)該申請(qǐng)專利?！?/p>

王大中以此工作為基礎(chǔ)完成的博士論文，以“全優(yōu)”成績(jī)通過(guò)論文答辯，僅用一年多時(shí)間就獲得亞琛工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)博士學(xué)位，被當(dāng)?shù)貓?bào)紙?jiān)u價(jià)為“中國(guó)人創(chuàng)造的一個(gè)奇跡”。緊接著，王大中設(shè)計(jì)發(fā)明了“一種在嚴(yán)重事故下具有安全自穩(wěn)定性的球床核反應(yīng)堆”，先后通過(guò)聯(lián)邦德國(guó)、美國(guó)和日本的專利審批。

一個(gè)核能人的勇氣和韌勁

兩年多后，王大中回國(guó)，不久被任命為清華大學(xué)核能研究所副所長(zhǎng)。那段時(shí)間是核能科研低潮期，面對(duì)困難，王大中保持清醒，經(jīng)過(guò)對(duì)我國(guó)能源含量、需求和國(guó)際核科技發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)研分析，果斷地開始了低溫核供熱堆的研究開發(fā)。低溫核供熱堆是利用核裂變能產(chǎn)生的熱量對(duì)城市和企業(yè)進(jìn)行集中供熱，是核能和平利用的一個(gè)新途徑。這種“反應(yīng)堆”是世界上剛開始發(fā)展的一種先進(jìn)、安全而清潔的新能源，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。它的安全性好、投資少、供熱成本低、建造周期短，可節(jié)省煤炭，不污染環(huán)境，在我國(guó)北方城市集中供熱方面有廣闊的應(yīng)用前景?！坝職饩褪且矣趪L試，敢于選擇科技領(lǐng)域的無(wú)人區(qū)?！蓖醮笾姓f(shuō)。

1985年，王大中擔(dān)任核能研究所所長(zhǎng)。這時(shí)，低溫核供熱堆研究被列為國(guó)家“七五”計(jì)劃重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，擬在核能所建成一座5兆瓦的試驗(yàn)堆，同時(shí)開展大型20萬(wàn)千瓦低溫核供熱堆的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研究。

王大中（左一）

第二年3月，王大中主持設(shè)計(jì)的我國(guó)第一座5兆瓦低溫核供熱試驗(yàn)反應(yīng)堆在核能所開工興建。經(jīng)過(guò)三年多建設(shè)，該反應(yīng)堆完成了安裝和調(diào)試，并進(jìn)行了核燃料裝料。1989年11月11日上午10時(shí)，王大中激動(dòng)地宣布：“5兆瓦低溫核供熱堆首次臨界運(yùn)行成功！”全場(chǎng)沸騰。這是世界上第一座投入運(yùn)行的具有固有安全性的、一體化全功率自然循環(huán)殼式核供熱堆，也是世界上第一座使用新型水力驅(qū)動(dòng)控制棒的反應(yīng)堆，使中國(guó)在低溫核供熱這一領(lǐng)域跨入了世界先進(jìn)行列。

“在目標(biāo)定位上要‘跳起來(lái)摘果子’，如果目標(biāo)過(guò)高或過(guò)低，只能無(wú)功而返或達(dá)不到預(yù)期成果；‘跳起來(lái)摘得著’才是適度的高標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)法使自己跳得高一些，這樣才能實(shí)現(xiàn)勇于創(chuàng)新與務(wù)實(shí)求真的結(jié)合?！蓖醮笾羞@樣總結(jié)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

在國(guó)家“863計(jì)劃”支持下，王大中帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始了10兆瓦模塊式高溫氣冷堆研發(fā)。該項(xiàng)目于2003年并網(wǎng)發(fā)電，在國(guó)際上引起強(qiáng)烈反響。10兆瓦高溫氣冷堆突破數(shù)十項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，其中15項(xiàng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

幾十年的核能科研生涯，王大中及其團(tuán)隊(duì)建了三個(gè)核反應(yīng)堆。從20世紀(jì)60年代新中國(guó)首座自行設(shè)計(jì)與建造的屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆，到20世紀(jì)90年代一體化自然循環(huán)核供熱堆，再到新世紀(jì)模塊式球床高溫氣冷堆，這三個(gè)堆極大推動(dòng)了我國(guó)核能科技的發(fā)展。

如今，新一代的清華核能人也已成長(zhǎng)起來(lái)，王大中的弟子張作義接捧，被任命為山東石島灣高溫氣冷堆核電站重大專項(xiàng)總設(shè)計(jì)師。盡管如此，王大中仍每天堅(jiān)持上班，處處關(guān)心著中國(guó)核電事業(yè)的發(fā)展。