張靜 孟憲飛 齊煒煒 熊 威 王革華/文
王大中,1935 年出生于河北省昌黎縣,國際著名的核能科學(xué)家、教育家,中國科學(xué)院院士。歷任清華大學(xué)核能所研究室主任、所長,核研院院長、總工程師,以及清華大學(xué)校長等職務(wù)。60 余年來,王大中院士一直活躍在科研第一線,以提高核能的安全性為主要學(xué)術(shù)理念,不畏艱難,在攀登核能科技高峰的道路上持之以恒,帶領(lǐng)團隊一步一個腳印,在破解世界難題的道路上取得重要突破,走出了領(lǐng)先世界之路,實現(xiàn)了我國先進核能技術(shù)的跨越發(fā)展。
少年時代,王大中在天津南開中學(xué)受到系統(tǒng)嚴格的訓(xùn)練,明確了人生志向,選擇了獻身祖國科技事業(yè)的道路,考入清華大學(xué)機械工程系。進入大學(xué)后,一個偶然的機會,王大中看了介紹前蘇聯(lián)第一個原子能發(fā)電站——奧布靈斯克核電站的紀錄片。盡管那座核電站功率只有5000 千瓦,但原子核裂變釋出的巨大能量,以及在那厚厚的混凝土墻和自動開啟的鑄鐵門后面的核反應(yīng)堆,都給他留下了強烈的印象。為祖國核能事業(yè)奮斗終生的想法就這樣在青年學(xué)子心中扎下根。
1955 年,為了發(fā)展我國的原子能事業(yè),清華大學(xué)開始籌建工程物理系并從校內(nèi)抽調(diào)了一批優(yōu)秀學(xué)生,其中就包括了當(dāng)時正在讀大二的王大中。不過與大多數(shù)同學(xué)選擇核物理不一樣,王大中主動選擇了反應(yīng)堆專業(yè)。1958 年,經(jīng)上級批準,清華大學(xué)決定建設(shè)一座2 兆瓦的屏蔽試驗反應(yīng)堆和原子能科學(xué)技術(shù)研究與人才培養(yǎng)基地,剛剛大學(xué)畢業(yè)的王大中便參與其中。
位于燕山腳下的屏蔽試驗反應(yīng)堆是我國第一座自主設(shè)計和建造的核反應(yīng)堆,參與研究和建設(shè)的人員平均年齡只有23 歲半。
面臨國外的技術(shù)封鎖,我國迫切需要自力更生地發(fā)展自己的核力量,沖破壟斷,振興核能科學(xué)技術(shù)。參加屏蔽試驗反應(yīng)堆籌建的清華大學(xué)師生提出了響亮的誓言:“用我們的雙手開創(chuàng)祖國原子能事業(yè)的春天!”然而當(dāng)時的反應(yīng)堆是保密很嚴的尖端技術(shù),除了幾個年輕教師在401 所(現(xiàn)中國原子能科學(xué)研究院)的生活區(qū)看過俄文圖紙外,反應(yīng)堆是個什么樣子,誰也沒見過。
20 世紀60 年代初,“200 號”基地年輕的建設(shè)者(左列自上而下第三為王大中)
但這支年輕的隊伍在建隊過程中敢想敢干,不斷在實踐中成長。作為主要參與成員之一的王大中負責(zé)完成屏蔽試驗堆首次臨界啟動、零功率反應(yīng)堆建造運行及實驗工作、輕水堆中子物理實驗、建設(shè)大型反應(yīng)堆高壓水熱工實臉回路和開展水堆元件臨界熱負荷研究。從做反應(yīng)堆模型,到建成零功率反應(yīng)堆;從跑材料、搞加工,到參加土建與安裝;從系統(tǒng)調(diào)試,到反應(yīng)堆一次啟動運行成功……他在理論上的探究和實踐的磨礪中對反應(yīng)堆有了更加全面深入的了解。經(jīng)過六年的艱苦奮斗,清華大學(xué)屏蔽試驗反應(yīng)堆終于在1964 年9 月底建成。
“建隊也是建人?!被貞浧疬@段難忘的經(jīng)歷時,王大中感慨道:“只有將‘開拓創(chuàng)斷’與‘科學(xué)求實’很好地結(jié)合起來,才能事業(yè)有成。六年建堆的奮斗史告訴我們,科學(xué)攻關(guān)的過程決不是一帆風(fēng)順,而是充滿著困難、挫折和風(fēng)險的,只有‘知難而進’、執(zhí)著追求,才能到達成功的彼岸。當(dāng)年平均年齡只有23 歲半的一批年輕人之所以能建成反應(yīng)堆,靠的是團結(jié)的力量和集體的智慧,它使我認識到:現(xiàn)代大型高科技項目往往是多學(xué)科的集合,是科學(xué)與技術(shù)、工程與科學(xué)的綜合體。只有參加這種項目的每一個人都充分發(fā)揮出自己的聰明才智,同時又把所有人的聰明才智充分地集中起來,形成群體的優(yōu)勢,才能在高科技領(lǐng)域做出對國家對人民有益的貢獻?!?/p>
1989 年11 月3 日,清華大學(xué)核能技術(shù)研究所聳立起一座新落成的乳白色建筑物——清華大學(xué)5 兆瓦低溫供熱試驗堆。室內(nèi),指示控制棒位的熒光屏閃閃發(fā)光,經(jīng)過放大的中子計數(shù)器噠噠作響,人們在屏息靜氣地等待一個時刻的到來。
16 點53 分,主控制室各種儀表都顯示出反應(yīng)堆已到達首次臨界,時任核能所所長的王大中激動地宣布:“5 兆瓦低溫供熱堆首次臨界運行成功?!?/p>
從上個世紀60 年代后期起,核能真正進入民用階段。到1978年,全世界運行的核電站已有200多座,但是由于1979 年美國三哩島核電站發(fā)生事故,世界核電的發(fā)展進入低潮期。到80 年代中期,化石能源緊缺使核能的發(fā)展再次受到重視,繼續(xù)探索更為安全的核能技術(shù)成為世界核能界的共同目標。
王大中和他的同事們對國內(nèi)的能源儲量、能源構(gòu)成、能源需求以及國際核能科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢做了深入的調(diào)查研究后,得出明確的結(jié)論:中國需要發(fā)展核能,中國能夠發(fā)展核能。
在這個分析的基礎(chǔ)上,王大中倡議并領(lǐng)導(dǎo)完成了利用屏蔽實臉反應(yīng)堆實現(xiàn)核能供熱的實驗。1985年,國家決定在清華大學(xué)核能所建設(shè)一座 5 兆瓦低溫核供熱試驗堆,把它列為國家“七五”重點科技攻關(guān)項目,探索核能多用途利用的科技之路。王大中挑起了主持領(lǐng)導(dǎo)這座反應(yīng)堆設(shè)計和建設(shè)的重擔(dān)。
王大中曾經(jīng)說他的科研經(jīng)歷就是幾個反應(yīng)堆的拔地而起。實際上,他參與和主持建設(shè)的每一座反應(yīng)堆都對我國核能技術(shù)的革新與發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。近年來引起世界核能界高度關(guān)注的模塊式高溫氣冷堆,是王大中領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)的第二座核反應(yīng)堆,它是國際第四代先進核能系統(tǒng)的待選堆型之一。
1981 年,王大中作為訪問學(xué)者來到世界著名的核能研究基地——聯(lián)邦德國于利希核研究中心,他選擇的研究題目是“模塊式中小型高溫氣冷堆的設(shè)計和研究”。在核能領(lǐng)域,這是一個難度很大、意義也很大的全新課題。當(dāng)時,德國科學(xué)家提出了新一代模塊式高溫氣冷堆的概念,這種反應(yīng)堆具有良好的固有安全特性。
“盡管這個方向當(dāng)時只是一個概念,但我覺得它對我們國家將來會有用途。因為我始終認為對核能的利用來說,安全就是生命線,所以必須將來要把安全始終放在第一位。”看中這一點的王大中開始深入思考,并毅然選擇了這一研究方向。
1986 年,我國開始旨在跟蹤世界高科技發(fā)展的863 計劃,王大中被選為能源領(lǐng)域的首席科學(xué)家,那時國家科委將高溫氣冷堆列為我國未來發(fā)展的先進反應(yīng)堆之一。然而就在這一年,前蘇聯(lián)發(fā)生了災(zāi)難性的核事故----切爾諾貝利核事故,世界核能的發(fā)展再次遭到沉重打擊。但此時冷靜理智的王大中并沒有因此動搖研制先進反應(yīng)堆的決心:“切爾諾貝利事故正好說明了我們需要有固有安全性的反應(yīng)堆。因為這個事故是一個人為操作的錯誤,也是一個設(shè)計當(dāng)中的錯誤,從根本上來說還是因為系統(tǒng)不夠先進,無法保證永遠不失誤?!?/p>
在世界核能發(fā)展最低潮的時期,他仔細研究了國際核能的發(fā)展,做出了3 個重大戰(zhàn)略性選擇,對中國乃至世界高溫氣冷堆發(fā)展發(fā)揮了重要影響:一是模塊式球床高溫氣冷堆堆型;二是從小規(guī)模實驗堆到全尺寸工業(yè)示范電站的發(fā)展路線;三是在核心關(guān)鍵技術(shù)上堅持自主創(chuàng)新的原則。
燃料元件的研發(fā)從最初的技術(shù)攻關(guān)開始、到年產(chǎn)兩萬個的清華實驗生產(chǎn)線、再到年產(chǎn)十萬個的清華中試生產(chǎn)線,直到如今建成了年產(chǎn)30 萬個燃料球的中核北方元件廠,歷經(jīng)數(shù)十年,終于實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。
在10MW 高溫堆基礎(chǔ)上,王大中積極推進高溫堆工業(yè)規(guī)模的轉(zhuǎn)化,將科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力。2006 年高溫氣冷堆核電站被列為國家16 個科技重大專項之一。其目標是建設(shè)20 萬千瓦級商業(yè)化示范電站,為發(fā)展第四代核電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。這是他親身經(jīng)歷的第四座反應(yīng)堆。
在他的指導(dǎo)下,研究團隊制定了兩個反應(yīng)堆模塊帶一臺高參數(shù)蒸汽輪機的總體技術(shù)方案。清華大學(xué)作為技術(shù)牽頭單位與華能集團、中核集團共同組織實施。工程完成了全部研發(fā)、工程驗證、土建、設(shè)備制造和安裝。2021 年8 月,高溫氣冷堆示范電站已獲頒運行許可證。2021 年9 月12 日,高溫氣冷堆示范電站成功實現(xiàn)反應(yīng)堆首次達到臨界狀態(tài),機組正式開啟帶核功率運行。建在山東石島灣這座高溫氣冷堆示范電站全方位實現(xiàn)自主創(chuàng)新,國產(chǎn)化率達90%以上,是世界首座工業(yè)規(guī)模的模塊式高溫氣冷堆核電站。
在2014 年國際學(xué)術(shù)會議上,美國核學(xué)會前主席、麻省理工學(xué)院教授卡達克說,“中國毫無疑問是全球高溫氣冷堆的領(lǐng)跑者,而且在未來很長一段時間,中國將繼續(xù)引領(lǐng)世界?!?/p>
回首來路,這是一條充滿艱辛的創(chuàng)新之路。國際上類似團隊的領(lǐng)軍科學(xué)家曾感嘆:先進核能項目能否成功不在于誰更聰明,而在于誰更能堅持。中國人最終走在世界前列,這歸功于國家的持續(xù)支持、產(chǎn)學(xué)研合作的體制機制、科學(xué)家團隊的堅韌不拔,其中一個關(guān)鍵就是長期的帶頭人王大中。
改革開放之初,德、美、日的高溫氣冷堆技術(shù)遠遠領(lǐng)先,我國基礎(chǔ)薄、投入少。王大中帶領(lǐng)團隊近40 年艱難的探索,超越了德國、日本、美國,以及以美歐的下一代核電聯(lián)盟。2012 年12 月率先啟動了工業(yè)規(guī)模的示范電站建設(shè)。近幾年美歐核電聯(lián)盟一直想建設(shè)一個類似的工業(yè)示范工程,但何時能夠落地開工尚無時間表,技術(shù)已經(jīng)落在我國后面。
今年11 月11 日,石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程2 號反應(yīng)堆首次臨界,這是示范工程繼今年完成雙堆冷試、雙堆熱試、首次裝料、1 號反應(yīng)堆成功臨界后取得的又一重大進展,標志著示范工程順利完成雙堆臨界,為年內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電目標實現(xiàn)奠定堅實基礎(chǔ)。第一次,中國在先進核能技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域提前解決了“卡脖子”技術(shù)問題,第一次在一種工業(yè)規(guī)模的先進反應(yīng)堆技術(shù)上我國領(lǐng)先了世界。