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2020年度国家最高科学技术奖获得者王大中:让核能安全固若金汤

2020年度国家最高科学技术奖获得者王大中:让核能安全固若金汤

[来源:未知]  [作者admin] [日期:2021-11-08 13:32] [热度:]
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今年86岁的王大中院士,是一位瘦削而谦和的老者。在他的带领下,清华大学核能研究团队历经几代人,勇攀核能安全利用高峰,将“固有安全”的核反应堆,从外国人眼中的“神话”概念,变成中国人手下的“现实”杰作!

“科研如登山,过程充满困难、挫折和风险。克服这种困难需要有悟性、勇气和韧劲。”作为国家最高科学技术奖获得者,王大中表示,“科研工作是崇高的事业,值得用一辈子去追求和奋斗”。

韧劲:自强不息的奋进

在王大中看来,韧劲就是遇到挫折时,坚韧不拔、百折不挠的劲头。

这种韧劲,使他在少年时代崭露头角。

他年少时在天津读书,南开中学是他从小向往的名校。但1947年小学毕业时,因天降大雨错过了南开中学报名时间,只好先进入别的中学读书。1949年3月南开中学招插班生,王大中已读到初二下学期,得知消息后马上报考,获得录取。

1953年,王大中报考清华大学,进入机械系学习。为了发展中国原子能事业,清华大学1956年成立工程物理系,从校内选拔一批优秀学生转入该系,品学兼优的王大中首选入围。

王大中在彭桓武、朱光亚等大师的课堂中体会到了物理世界的玄妙,又在一部介绍核电站的科教片中感受到核工程的宏伟,由此树立自己的科研志向,在高年级分专业时选择了反应堆工程专业。

这种韧劲,使他在青年时代融入集体。

1958年,王大中毕业留校。当时清华大学提出自行设计建造2000KW(千瓦)屏蔽试验反应堆。方案得到国家批准,基地选址燕山脚下。

17个供应系统,数千个机器零部件,几百台仪器设备,20万米管线……技术上所有人都很陌生,屏蔽试验反应堆的设计和建造对于当时一穷二白的新中国来说,是一项异常艰巨的任务。研发队伍平均年龄只有23岁半,没人见过真正的反应堆。师生们在吕应中教授的带领下,从做“马粪纸”工程模型开始,用几十台手摇计算机进行设计计算,经过6年奋斗,于1964年成功建成反应堆。在这个坚韧的集体中,王大中既参与了物理设计、实验、调试运行,又做模型、挖地基、搬砖头,经受全面锻炼,成长为具有工程实践经验和战略思维的领头人。

这种韧劲,使他在中年时代放眼世界。

1980年秋,45岁的王大中获得德国洪堡奖学金资助,赴德进修。他先在弗赖堡的歌德学院学了4个月德语,次年1月进入联邦德国于利希核研究中心,师从苏尔登教授。

这个超龄学生,很快就给“球床堆之父”苏尔登教授带来了惊喜。

王大中选择当时最前沿的“模块式高温气冷堆”方向,提出环形堆芯的新概念,将单堆功率从20万KW提高到50万KW。这一发明,后在德、美、英等国获得发明专利权。他以此成果写出90余页德语论文,以全优成绩通过答辩,于1982年9月获得联邦德国亚琛工业大学自然科学博士学位。

短短两年,学会一门陌生的语言,并在以严谨著称的德国大学里拿下博士,王大中的韧劲创造了一个小小的奇迹。而未来更大的奇迹,也于此萌芽,乐橙app下载

悟性:“固有安全”的实践

让王大中拿下博士学位的模块式球床高温气冷堆研究,成为他此后一以贯之的研究方向。这种核反应堆的最大优势,是可以实现核反应堆的“固有安全”!

“固有安全”概念最初于1956年由美国著名核科学家泰勒提出:要使公众接受核能,反应堆安全必须是“固有的”。他还提出一个验证实验:抽出所有控制棒!抽出所有控制棒而堆芯不熔毁,设计才足够安全。

纸上谈兵易,真刀真枪难。固有安全是核安全终极目标,但实际从未实现,没人敢做抽出所有控制棒的实验。

1982年10月王大中回国,不久被任命为清华大学核能所副所长,1985年任所长,在1991年核能所改为核研院后又任院长至1993年。1994年王大中担任清华大学校长职务,但仍兼任核研院总工程师至2007年。

实现核能安全目标远大,考虑到现实可行性,王大中以“跳起来摘果子”的原则来设定阶段目标。“目标过高或过低,只能无功而返或达不到预期成果;跳起来摘得着,才是适度的高标准,设法使自己跳得高一些,摘到果子后,再瞄准新的高度。取度合适,才能实现勇于创新与务实求真的结合”。

第一个台阶,5MW(兆瓦)一体化自然循环水冷堆,非能动安全。第二个台阶,10MW高温气冷堆,固有安全。王大中择定的这两条技术路线,完成后分别占领了核能安全领域低温堆和高温堆两个方向的制高点,实现了领跑世界的创新。

勇气:无人区里的跋涉

改革开放之初,德、美、日的先进核能技术远远领先,而我国基础薄、投入少,缺乏人才和经验。面对巨大的实力差距,王大中毫无退意。

“我们就是要敢于尝试,敢于选择科技领域的无人区。”王大中说。

他勇于在无人区里率先垂范。

1985年,王大中主持国家“七五”重点科技攻关项目“5MW低温核供热堆”研究。该堆于1989年建成并投入运行。在技术路线上,王大中选择了壳式一体化自然循环水冷堆。5MW低温堆成为世界上首座一体化自然循环水冷堆,具有良好的非能动安全性,被实际应用于清华大学核研院的冬季供暖和夏季制冷。

王大中在上世纪80年代择定的这个方向,成为本世纪国际上小型轻水核反应堆发展的主要技术方向之一。

在国家“863”计划支持下,王大中带领团队开启10MW模块式球床高温气冷堆研发。

高温气冷堆需要“耐高温全陶瓷”的包覆颗粒球形核燃料元件,制造难度极高。燃料球直径6厘米,包含8000多个四层包覆结构、直径0.9毫米的燃料颗粒,产品要经过严苛的质量标准检验,可耐受1600摄氏度高温,能把放射性物质牢牢包容在其中。

当时有人提出燃料球技术可从国外购买,王大中与团队经过反复研究,决定自己做。

从1987年到1990年,高温气冷堆球形燃料元件、球床流动特性、氦技术及氦设备等8项关键技术取得重要突破。1992年,国务院批准立项,在清华大学建设10MW高温气冷实验堆。它是世界首座模块式球床高温气冷实验堆,1995年动工,2000年建成,2003年并网发电。

他带领的团队创造了世界奇迹。

10MW高温气冷堆突破数10项核心关键技术,其中15项达到国际先进水平,在实验堆的规模上实现了固有安全,具有三大创新特性:一是模块式反应堆设计,二是自主研制耐高温全陶瓷包覆颗粒燃料元件,三是实现反应堆不停堆在线换料。

2004年9月,国际原子能机构组织24个国家60余位科学家见证了“不插入控制棒下反应堆丧失冷却”的安全试验。2005年7月,在10MW高温堆上,成功完成了抽出所有控制棒且叠加不紧急停堆的实验。这是世界上迄今仅有的在实际反应堆上进行的此类安全验证实验,成功地验证了高温堆的固有安全性。

5MW低温核供热堆和10MW高温气冷堆分别获得1992年和2006年国家科学技术进步奖一等奖,王大中均为第一完成人。

使命:厚德载物的传承

以两座实验堆破解了核能安全的世界难题后,王大中定下新目标:从实验堆向工业规模原型堆跨越。他指导团队积极探索产学研融合之路,使先进核能技术成果获得了重大应用。

2006年“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列为国家16个科技重大专项之一,拟在山东荣成建设一座200MW高温气冷堆核电站示范工程,为发展工业规模的第四代核电技术奠定基础。新一代的清华核能人此时也已成长起来,王大中弟子张作义被任命为高温气冷堆核电站重大专项总设计师。

今年9月12日,该示范工程首次实现临界,预计年内即可实现发电目标。

这是世界首座工业规模的模块式球床高温气冷堆核电站。通过示范工程的研发建设,我国形成了模块化高温气冷堆技术与产业体系,成为全球高温气冷堆的领跑者。

回首来路,创新充满艰辛。核能安全创新必须跨过现代核安全监管最严苛的超高门槛,这会导致人力和资金投入大量增加。三哩岛事故后,西方国家至今没有建成一座创新型的反应堆,主要原因就是无法跨过技术、工程与核安全审查门槛。看到中国的成功后,国际上的领军科学家曾感叹:“先进核能项目能否成功不在于谁更聪明,而在于谁更能坚持。”

从王大中考入清华大学算起,时光已过去68年。68年间,王大中实践着清华校训“自强不息,厚德载物”的精神,将为国争先的使命感传承给后来的清华人,锻造出一支知难而进、众志成城、能打硬仗的核能研究团队,走出了从跟跑、并跑到领跑世界的成功之路。

正如王大中所说:“科技创新是我们最主要的爱国方式。只要每个人都坚定信心,勇敢向前,我们的国家就会有无限光明的未来。”(经济日报记者 佘惠敏)

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