王大中和三個核反應堆

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，這是全球首個并網(wǎng)發(fā)電的第四代高溫氣冷堆核電項目，標志著我國成為世界少數(shù)幾個掌握第四代核能技術(shù)的國家之一。作為我國著名的核反應堆工程與核安全專家，中國科學院院士王大中為之傾注了大量心血。

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，著眼于國家對原子能人才的迫切需求，學校成立了工程物理系，來自河北昌黎的王大中成為該系的首批學生。 兩年后，23歲的王大中畢業(yè)留校。當時清華大學提出自行設(shè)計建造2000千瓦屏蔽試驗反應堆，上百人的團隊平均年齡為23歲半，作為骨干成員的王大中投身到屏蔽式核反應堆的建設(shè)中。經(jīng)過整整六年的努力，這個23歲半的團隊終于建成了我國第一個自主設(shè)計的零功率反應堆和屏蔽試驗反應堆?！爱敃r遇到了很多困難，但也充分鍛煉了我們知難而進、艱苦奮斗的精神。”回憶起那段艱苦歲月時，王大中更愿意將它稱為一次“建堆建人”的歷練過程。

當年，從北京市區(qū)前往科研場地要一天的時間，王大中和同事們都把家安在了基地附近的山腳下。從反應堆物理設(shè)計，到反應堆熱工水力學設(shè)計與實驗，再到零功率反應堆物理實驗，從系統(tǒng)調(diào)試到反應堆一次啟動運行成功，王大中全程參與，在理論與實踐結(jié)合的奮斗中，逐漸成長為具有工程實踐經(jīng)驗和戰(zhàn)略思維的領(lǐng)頭人。

1980年秋，王大中獲得德國洪堡獎學金資助，赴聯(lián)邦德國于利希核研究中心進修。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。那時美國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。王大中認為提高核反應堆內(nèi)在安全性應該是一個值得研究的新領(lǐng)域，因此選擇了“模塊式中小型高溫氣冷堆的設(shè)計和研究”。

彼時，模塊式高溫堆還只是德國科學家剛剛提出的一個概念，其核心是要使反應堆具有“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，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)建一個石墨球區(qū)，以降低堆芯熱點溫度，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)計功率。僅用五個月時間，王大中就完成了環(huán)形堆的初步概念設(shè)計。當他將這一方案和驗算結(jié)果交給蘇爾登教授時，這位“球形堆之父”驚喜萬分地說：“過去認為單堆功率提高10%就很不容易了，現(xiàn)在你的設(shè)計方案可實現(xiàn)大幅度提高，這是很了不起的，這種環(huán)形堆應該申請專利?！?/p>

王大中以此工作為基礎(chǔ)完成的博士論文，以“全優(yōu)”成績通過論文答辯，僅用一年多時間就獲得亞琛工業(yè)大學自然科學博士學位，被當?shù)貓蠹堅u價為“中國人創(chuàng)造的一個奇跡”。 緊接著，王大中設(shè)計發(fā)明了“一種在嚴重事故下具有安全自穩(wěn)定性的球床核反應堆”，先后通過聯(lián)邦德國、美國和日本的專利審批。

兩年多后，王大中回國，不久被任命為清華大學核能研究所副所長。那段時間是核能科研低潮期，面對困難，王大中保持清醒，經(jīng)過對我國能源含量、需求和國際核科技發(fā)展趨勢的調(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)生的熱量對城市和企業(yè)進行集中供熱，是核能和平利用的一個新途徑。這種“反應堆”是世界上剛開始發(fā)展的一種先進、安全而清潔的新能源，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。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，在我國北方城市集中供熱方面有廣闊的應用前景?！坝職饩褪且矣趪L試，敢于選擇科技領(lǐng)域的無人區(qū)?！蓖醮笾姓f。

1985年，王大中擔任核能研究所所長。這時，低溫核供熱堆研究被列為國家“七五”計劃重點攻關(guān)項目，擬在核能所建成一座5兆瓦的試驗堆，同時開展大型20萬千瓦低溫核供熱堆的設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研究。

第二年3月，王大中主持設(shè)計的我國第一座5兆瓦低溫核供熱試驗反應堆在核能所開工興建。經(jīng)過三年多建設(shè)，該反應堆完成了安裝和調(diào)試，并進行了核燃料裝料。1989年11月11日上午10時，王大中激動地宣布：“5兆瓦低溫核供熱堆首次臨界運行成功！”全場沸騰。這是世界上第一座投入運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)動控制棒的反應堆，使中國在低溫核供熱這一領(lǐng)域跨入了世界先進行列。

王大中（左一）

“在目標定位上要‘跳起來摘果子’，如果目標過高或過低，只能無功而返或達不到預期成果;‘跳起來摘得著’才是適度的高標準。設(shè)法使自己跳得高一些，這樣才能實現(xiàn)勇于創(chuàng)新與務(wù)實求真的結(jié)合?！蓖醮笾羞@樣總結(jié)項目經(jīng)驗。

在國家“863計劃”支持下，王大中帶領(lǐng)團隊開始了10兆瓦模塊式高溫氣冷堆研發(fā)。該項目于2003年并網(wǎng)發(fā)電，在國際上引起強烈反響。10兆瓦高溫氣冷堆突破數(shù)十項核心關(guān)鍵技術(shù)，其中15項達到國際先進水平。

幾十年的核能科研生涯，王大中及其團隊建了三個核反應堆。從20世紀60年代新中國首座自行設(shè)計與建造的屏蔽試驗反應堆，到20世紀90年代一體化自然循環(huán)核供熱堆，再到新世紀模塊式球床高溫氣冷堆，這三個堆極大推動了我國核能科技的發(fā)展。

如今，新一代的清華核能人也已成長起來，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總設(shè)計師。盡管如此，王大中仍每天堅持上班，處處關(guān)心著中國核電事業(yè)的發(fā)展。

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編輯 曹宏萍 2718286610@qq.com

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