操秀英

1克鈾235徹底裂變，能釋放相當(dāng)于2.9噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。那一位能讓鈾235實(shí)現(xiàn)徹底裂變的核能專家，釋放的“能量”又有多大？

獲得2020年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的國(guó)際著名核能科學(xué)家、實(shí)現(xiàn)我國(guó)反應(yīng)堆固有安全的帶頭人王大中院士給出了答案。

王大中曾說(shuō)，他幾十年的科研生涯主要就是建了3個(gè)核反應(yīng)堆。

從20世紀(jì)60年代中國(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3個(gè)堆極大地推動(dòng)了我國(guó)核能科技的發(fā)展。

它們記錄了王大中從初出茅廬的青年科研人員到核能技術(shù)領(lǐng)軍人物的成長(zhǎng)軌跡，更見(jiàn)證了我國(guó)核能事業(yè)從小到大、從弱到強(qiáng)的奮斗之路。

給“球形堆之父”的驚喜

在近期廣受好評(píng)的國(guó)家“十三五”科技創(chuàng)新成就展上，全球首個(gè)第四代核電——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程備受關(guān)注。

2021年9月12日，該示范工程1號(hào)反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界狀態(tài)，機(jī)組正式開(kāi)啟帶核功率運(yùn)行。

當(dāng)天，86歲的王大中在他的學(xué)生、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“清華核研院”）院長(zhǎng)張作義的陪同下，見(jiàn)證了這一重要時(shí)刻。近兩年，他已很少去外地出差。但這次，他說(shuō)，他一定得去。“核電技術(shù)一定要實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆固有安全?！彼俅螐?qiáng)調(diào)了35年前就認(rèn)定的方向。

時(shí)間給出了當(dāng)年那一重要決策最好的答案。

1986年，切爾諾貝利核電站發(fā)生爆炸。但王大中堅(jiān)信，核電一定會(huì)成為非常重要的清潔能源，而具有固有安全性的模塊式球床高溫氣冷堆將會(huì)成為未來(lái)核能發(fā)展的重要方向之一。

王大中并非盲目自信，他堅(jiān)持的底氣來(lái)自更早幾年關(guān)于核電安全的思考、研究和謀劃。

事實(shí)上，早在1979年，美國(guó)三哩島壓水堆核電站發(fā)生堆芯熔化事件，已經(jīng)給全球敲響了核安全的警鐘。王大中也是在此時(shí)意識(shí)到，安全是核能發(fā)展的生命線，未來(lái)核電技術(shù)發(fā)展必須抓住這一主要矛盾。

幸運(yùn)的是，時(shí)代和祖國(guó)給了王大中求解這個(gè)主要矛盾的機(jī)遇。

改革開(kāi)放后，一大批有志青年走出去，學(xué)習(xí)各領(lǐng)域先進(jìn)知識(shí)。王大中在德國(guó)洪堡獎(jiǎng)學(xué)金的資助下，前往于利希研究中心反應(yīng)堆研究所進(jìn)修，師從球床高溫氣冷堆創(chuàng)始人蘇爾登教授。

當(dāng)蘇爾登教授將4個(gè)研究課題擺在他面前時(shí)，他選擇了“模塊式高溫氣冷堆的設(shè)計(jì)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)新概念，其核心是要使反應(yīng)堆具有“固有安全性”，從根本上杜絕發(fā)生堆芯熔毀的可能。

選擇一個(gè)新概念作為研究方向，顯示了王大中的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)和魄力。

“他的這種戰(zhàn)略眼光有時(shí)候近乎神奇。”張作義如此評(píng)價(jià)他的恩師，“2000年后，模塊式高溫氣冷堆才被國(guó)際核能界公認(rèn)為第四代先進(jìn)核能技術(shù)的代表，而老師在十幾年前就認(rèn)定了這個(gè)方向?！?/p>

在進(jìn)修時(shí)，王大中創(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)異安全性能的前提下，大幅提升單堆設(shè)計(jì)功率。

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”驚喜地說(shuō)：“過(guò)去認(rèn)為單堆功率能提高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>

僅用5個(gè)月的時(shí)間，王大中就完成了環(huán)形堆的初步概念設(shè)計(jì)。他以此為基礎(chǔ)完成了博士論文，又以全優(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”。

讓中國(guó)高溫氣冷堆領(lǐng)跑世界

在世界核能發(fā)展最低潮時(shí)期，王大中跟蹤國(guó)際高溫堆發(fā)展前沿，做出了3個(gè)重大戰(zhàn)略性選擇：一是模塊式球床高溫氣冷堆堆型;二是從小規(guī)模實(shí)驗(yàn)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(jiān)持自主創(chuàng)新的原則。這3個(gè)重大選擇對(duì)中國(guó)乃至世界高溫氣冷堆技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，明確了我國(guó)高溫氣冷堆之后30年的技術(shù)發(fā)展路線。

在王大中等人的力推下，在國(guó)家“863計(jì)劃”的支持下，清華核研院開(kāi)始了10兆瓦模塊式球床高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的研發(fā)。

球形核燃料元件、燃料球流動(dòng)特性、氦技術(shù)及氦設(shè)備……在陸續(xù)突破8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)后，1992年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)，在清華核研院建一座10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。8年后，高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆建成臨界，又在兩年多后并網(wǎng)發(fā)電。

這是世界上首座模塊式球床高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆，它的建成標(biāo)志著我國(guó)掌握了該堆型的關(guān)鍵核心技術(shù)，形成了擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)技術(shù)，并取得了系列重要?jiǎng)?chuàng)新成果。

王大中沒(méi)有就此止步。

他又一次站在國(guó)家戰(zhàn)略需求的角度，按照“堅(jiān)持核心關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新”的既定方針，提出要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆向工業(yè)規(guī)模原型堆的跨越，實(shí)現(xiàn)我國(guó)先進(jìn)核能技術(shù)的跨越發(fā)展。

2006年，“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”被列為國(guó)家16個(gè)科技重大專項(xiàng)之一，高溫氣冷堆核電站是其中一個(gè)分項(xiàng)，其核心工程目標(biāo)和標(biāo)志性成果是在山東榮成建設(shè)一座電功率為200兆瓦的高溫氣冷堆核電站示范工程，為發(fā)展第四代核電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

這是世界首座工業(yè)規(guī)模的模塊式高溫氣冷堆核電站，工程規(guī)模相當(dāng)于我國(guó)首座秦山30萬(wàn)千瓦核電機(jī)組。

“跳起摸高”的創(chuàng)新定位

1989年11月3日，在首都西北郊巍峨的燕山腳下，清華核研院一座新落成的乳白色建筑物內(nèi)，指示控制棒位的熒光屏閃閃發(fā)光，經(jīng)過(guò)放大的中子計(jì)數(shù)器嗒嗒作響，人們?cè)谄料㈧o氣地等待著一個(gè)時(shí)刻的到來(lái)。

16時(shí)53分，主控制室各種儀表都顯示出反應(yīng)堆已達(dá)到首次臨界，一位中年人激動(dòng)地宣布：“5兆瓦低溫核供熱堆首次臨界運(yùn)行成功?！?/p>

1985年，王大中主持國(guó)家“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“5兆瓦低溫核供熱堆研究”。

在總體方案的選擇上，在實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆安全的前提下，既要實(shí)現(xiàn)核能供熱的目標(biāo)，又要深謀遠(yuǎn)慮地把握反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展方向，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了近一年時(shí)間進(jìn)行論證，其間專程帶隊(duì)去歐洲考察，著重調(diào)研了德國(guó)西門子的一體化殼式供熱堆和瑞典的池式供熱堆。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和論證，最后確定選擇殼式一體化自然循環(huán)水冷堆，并計(jì)劃先建設(shè)一座5兆瓦低溫核供熱堆，以掌握其核心技術(shù)。

實(shí)踐證明，這個(gè)方案的選擇具有很強(qiáng)的技術(shù)前瞻性。一體化自然循環(huán)已成為21世紀(jì)以來(lái)國(guó)際上小型輕水核反應(yīng)堆發(fā)展的主要技術(shù)方向之一，在小型核能發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、核能供熱、海水淡化等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

從立項(xiàng)報(bào)告到設(shè)計(jì)方案，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)到建設(shè)工地，他全程負(fù)責(zé)，親力親為。

5兆瓦低溫核供熱堆于1986年開(kāi)工，1989年建成并首次臨界成功，投入功率運(yùn)行。隨后3個(gè)冬季供熱運(yùn)行累計(jì)8174小時(shí)，供熱可利用率達(dá)到99%。這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(dòng)控制棒的反應(yīng)堆。

“要善于把握技術(shù)發(fā)展方向，選好技術(shù)方案和項(xiàng)目目標(biāo)，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?！蓖醮笾腥蘸罂偨Y(jié)，“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，達(dá)到一個(gè)高度后，再瞄準(zhǔn)新的高度，才能實(shí)現(xiàn)勇于創(chuàng)新與求真務(wù)實(shí)的結(jié)合。

來(lái)自“200號(hào)”的磨煉

知易行難。將勇于創(chuàng)新與求真務(wù)實(shí)完美結(jié)合，也正是張作義最佩服老師的地方。

“他強(qiáng)調(diào)在開(kāi)放合作的背景下謀創(chuàng)新，但任何時(shí)候都不忘將關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手里，這其實(shí)需要極大的決心和魄力，以及堅(jiān)韌不拔的毅力。”張作義說(shuō)。

以10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆中的核燃料球?yàn)槔瑢?duì)這一關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)時(shí)有人提出購(gòu)買國(guó)外早期研究文檔。王大中在多方調(diào)研論證后強(qiáng)調(diào)，必須自己研發(fā)。

10兆瓦堆采用球形燃料元件，全堆裝兩萬(wàn)多個(gè)燃料球，每個(gè)球包含8000個(gè)直徑小于1毫米的包覆顆粒，每個(gè)顆粒內(nèi)有0.5毫米鈾芯和3層熱解炭及一層碳化硅的包覆層，每爐一次制備500萬(wàn)個(gè)顆粒，不合格率要小于十萬(wàn)分之二。

在近10年的攻關(guān)后，王大中帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)最后批量生產(chǎn)出2萬(wàn)多個(gè)核燃料球，其質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

“攻克核心技術(shù)要經(jīng)歷多次失敗，不可能一蹴而就，這是一個(gè)‘十年磨一劍’的長(zhǎng)期積累過(guò)程，既需要有知難而進(jìn)的勇氣，又需要有鍥而不舍的韌勁?！蓖醮笾性f(shuō)。

“如果當(dāng)時(shí)我們用了別人的技術(shù)，很難有今天的先進(jìn)性和世界最大規(guī)模批量生產(chǎn)的能力?！睆堊髁x感嘆。

王大中的堅(jiān)持和知難而進(jìn)淬煉于新中國(guó)首座自行設(shè)計(jì)與建造的屏蔽實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。

1956年，清華大學(xué)成立了工程物理系，這是國(guó)家為培養(yǎng)原子能科學(xué)技術(shù)人才而成立的第一個(gè)核工程系。該系的首批學(xué)生全是從其他院系抽調(diào)過(guò)來(lái)的精英。

剛在機(jī)械系讀完二年級(jí)的王大中被調(diào)入這個(gè)新的系。雖然王大中日后戲稱，這次轉(zhuǎn)讀工程物理系是“身不由己”，但隨后選擇核反應(yīng)堆專業(yè)確實(shí)是心之所向。

對(duì)核反應(yīng)堆完全不了解的王大中對(duì)一件事印象深刻。他看過(guò)一部介紹蘇聯(lián)第一個(gè)原子能發(fā)電站的紀(jì)錄片，盡管那座核電站功率只有5000千瓦，但原子核裂變釋放出的巨大能量，以及那厚厚的混凝土墻和自動(dòng)開(kāi)啟的鐵門后面的原子爐，給他留下了強(qiáng)烈而深刻的印象。

“鏈?zhǔn)搅炎兪窃鯓影l(fā)生的、又是怎樣被控制的？能量又是怎樣傳出和利用的？正是這種好奇心驅(qū)使著我選擇了核反應(yīng)堆專業(yè)?！蓖醮笾姓f(shuō)。

鼎鼎大名的清華核研院在核行業(yè)內(nèi)和清華校內(nèi)被稱為“200號(hào)”，這也是核研院建院初期在校內(nèi)的工程編號(hào)?！?00號(hào)”最初因一座功率為2000千瓦的屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆而建。

1960年，在京郊昌平的虎峪山區(qū)，一群平均年齡不到23歲的清華師生開(kāi)啟了艱難的建堆之路，王大中也是其中之一。彼時(shí)，他從工程物理系畢業(yè)留校才兩年。

當(dāng)年屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆建設(shè)條件之艱苦自不必多說(shuō)，人員吃住都在馬棚里，那里還流傳著一個(gè)“二兩坡”的笑談：從清華園到虎峪村要先坐火車，再走10里山路。師生們開(kāi)玩笑稱那段山路為“二兩坡”——爬一次坡能消化二兩饅頭。

更難的是科研上的“硬骨頭”?！爱?dāng)時(shí)反應(yīng)堆這門課程并沒(méi)有教材，只能從實(shí)踐中摸索?！蓖醮笾性貞洠?yàn)楦鲊?guó)對(duì)反應(yīng)堆的研究保密，他們誰(shuí)也沒(méi)有見(jiàn)過(guò)反應(yīng)堆，擺在面前的只有蘇聯(lián)的不完整圖紙。

17個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)、數(shù)千個(gè)機(jī)器零部件、幾百臺(tái)儀器設(shè)備、20萬(wàn)米管線，屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和建造對(duì)當(dāng)時(shí)一窮二白的新中國(guó)來(lái)說(shuō)，其難度可想而知。

但高喊“用我們的雙手開(kāi)創(chuàng)祖國(guó)原子能事業(yè)的春天”的年輕人們硬是扛過(guò)來(lái)了。

1964年秋天，“200號(hào)”迎來(lái)了豐收的季節(jié)。我國(guó)第一座自行設(shè)計(jì)、建造的核反應(yīng)堆——清華大學(xué)屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆成功建成。

作為其中的骨干成員，王大中和同事、同學(xué)們從做工程模型開(kāi)始了解反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。他們從“馬糞紙”模型做起，再到“三合板”、玻璃模型，逐漸搞清楚反應(yīng)堆堆芯、各種工藝系統(tǒng)和建筑結(jié)構(gòu)。他還負(fù)責(zé)籌建了反應(yīng)堆熱工水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。來(lái)之不易的成功，讓王大中深刻體會(huì)到攻克難關(guān)的喜悅和意義。

始終保有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)

選定方向后，除了實(shí)事求是、按科學(xué)規(guī)律辦事，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)也是成功的關(guān)鍵。

對(duì)王大中來(lái)說(shuō)，同樣如此。

王大中嚴(yán)謹(jǐn)為學(xué)、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度影響了一大批年輕人。他曾經(jīng)的博士生石磊現(xiàn)在已經(jīng)是清華大學(xué)核研院副院長(zhǎng)。

他記得，彼時(shí)，王大中還是清華大學(xué)的校長(zhǎng)，工作非常繁忙。“但是，當(dāng)他修改完我的博士論文，找我一章一節(jié)、一段一句仔細(xì)討論時(shí)，望著滿篇標(biāo)有王老師修改痕跡的論文，聽(tīng)著王老師耐心的講解，我深受觸動(dòng)?！笔谡f(shuō)，老師連他文字標(biāo)點(diǎn)、圖標(biāo)符號(hào)的錯(cuò)誤，都一一指了出來(lái)。

在工作中，王大中既讓人看到他的大手筆，也讓人體會(huì)到他對(duì)細(xì)微處的關(guān)注：他曾經(jīng)把厚重的國(guó)外大學(xué)的信息資料一本本帶回學(xué)校，也曾經(jīng)收集了厚厚一疊新年賀卡交給清華大學(xué)新聞中心，希望他們也能把清華的新年賀卡設(shè)計(jì)得更典雅一些，而清華后勤搞房屋裝修的職工更是對(duì)他在色彩和格調(diào)上的高標(biāo)準(zhǔn)頗有體會(huì)。

王大中除了具備老一輩科學(xué)家生活簡(jiǎn)樸、淡泊名利等可貴特質(zhì)，同時(shí)也多才多藝、樂(lè)觀開(kāi)朗。

他曾是學(xué)生舞蹈隊(duì)的主力，難度很高的鄂爾多斯舞跳得極其出色。10年前的清華百年校慶晚會(huì)上，王大中與清華舞蹈隊(duì)新老舞蹈隊(duì)員共跳鄂爾多斯舞的場(chǎng)景讓他的學(xué)生們印象深刻。

女兒王奕眼中的王大中則更生動(dòng)有趣：“小的時(shí)候，他教我騎自行車，夏天帶我到山里的水庫(kù)教我游泳，冬天在清華荷花池教我溜冰，記得有一年還帶著我做了各式各樣新穎的賀年卡。爸爸總是鼓勵(lì)我勇于嘗試新鮮的事物?！?/p>

無(wú)論是作為科研團(tuán)隊(duì)帶頭人，還是一校之長(zhǎng)，王大中對(duì)事業(yè)盡心盡責(zé)，慮遠(yuǎn)謀近、嘔心瀝血，始終保有強(qiáng)烈的責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)精神，他的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)、崇高品格贏得了廣大師生和業(yè)界的高度贊譽(yù)。青年學(xué)生們親切地稱他為“一位真正讓人尊敬的慈祥長(zhǎng)者”“一位務(wù)實(shí)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼贫嫒恕薄耙粋€(gè)稱職且兼愛(ài)的校長(zhǎng)”。在他們眼中，王大中“永遠(yuǎn)是清華人的榜樣”。