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探秘中國核電技術之源
2020-10-16 07:17:31 來源: 人民日報海外版
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  中國核能發出第一度電50周年之際,記者走進中國核動力研究設計院

  探秘中國核電技術之源

  1969年,第一代核潛艇陸上模式堆的壓力容器正式安裝就位。容器外面貼著一幅字:“中國人民有志氣、有能力,一定要在不遠的將來,趕上和超過世界先進水平。”中國核動力院供圖

  1970年8月30日13時,中國西南大山深處的一個山溝溝裏,突然爆發出一陣歡呼。中國第一任核潛艇總設計師、“中國核潛艇之父”彭士祿隨即撥通了周恩來總理的電話。他按捺住激動的心情向周總理報告:中國第一艘核潛艇陸上模式堆實現滿功率運行,發出了中國第一度核電,從此,中國人可以造自己的核動力裝置了。

  核動力裝置是核潛艇的“心臟”,只有掌握了核動力技術的國家,才敢説自己掌握了核潛艇制造技術。而當核動力技術“軍轉民”,就變成了核電站。各國核電站反應堆的技術,往往都來源于對核潛艇動力堆的開發。

  如今,中國的核電技術已處于世界領先水平,“華龍一號”成為令人自豪的“國家名片”,但很多人仍然對中國核電的技術源流不甚清楚。在中國核能發出第一度電50周年之際,記者走進位于四川成都的中核集團中國核動力研究設計院(下稱核動力院),考察中國核電技術的發展脈絡。就是從這裏,中國核動力事業一步步從無到有、從弱到強,走過了50年崢嶸歲月。

  核潛艇:中國核動力的技術源頭

  中國核潛艇的誕生,起源于聶榮臻元帥的一份絕密報告。

  1954年至1957年,美國、蘇聯的第一艘核潛艇先後下水服役。看到核潛艇在戰略核反擊中的巨大威懾作用,中國軍方高層和科學家們陷入了沉思。1958年6月,聶帥以國防科委的名義起草了一份絕密報告,向黨中央建議研制中國自己的核潛艇。很快,報告得到了毛澤東、周恩來、朱德等主要領導人的批復支持。

  同年10月,中國組建了一個34人的訪蘇代表團,希望“老大哥”能對中國的核潛艇項目予以援助。然而,蘇方要麼避實就虛,要麼閃爍其辭,甚至不承認自己擁有核潛艇。對此,中央下了決心:“蘇聯不援助,我們就自己幹”、“核潛艇,一萬年也要搞出來”。

  沒有外援,缺少技術資料,自己幹談何容易。中國第一任核動力總工程師趙仁愷回憶,設計組的研究工作就是從自學美國格拉斯登的《原子核反應堆工程原理》和蘇聯的《原子核動力裝置》兩本教科書開始的。

  這種情況下,中國專家也在想各種辦法從蘇聯專家處“擠牛奶”。1959年9月,中國核動力早期領導人孟戈非偶然從《參考消息》上看到,赫魯曉夫親口承認蘇聯擁有核潛艇,孟戈非與趙仁愷等人抓住機會,約談蘇聯專家組組長沃爾比約夫,向他詢問有關反應堆和核潛艇方面的問題。意識到中蘇關係即將破裂的沃爾比約夫沒有拒絕,向趙仁愷們介紹了核動力研發的一般程序、反應堆物理、熱工設計和反應堆啟堆時可能出現的問題,以及建造陸上模式堆的必要性。這次出于專家個人行為的口頭講解,解答了趙仁愷在設計中的一些疑惑,也堅定了他對中方自主設計方案的信心。

  1965年,隨著國民經濟好轉和第一顆原子彈試爆成功,中央決定在四川境內的山區建造核潛艇陸上模式堆,工程基地代號“909”。為了配合建造陸上模式堆,一批大型核動力試驗裝置也在這裏建立起來,這使得909基地成為中國唯一的核動力試驗研究基地。同時在“三線”建設的方針下,中國核動力的技術骨幹力量也開始從北京向四川轉移。許多科研人員、大學生接到通知後義無反顧來到這裏。一位當年的技術人員回憶道:“909在什麼地方?不知道。到909幹什麼?不知道。但我知道,祖國需要我。”

  就這樣,在西南大山深處,聚集起一支號稱“八千會戰大軍”的隊伍。沒有計算機,就輪流使用手搖計算器驗算物理公式;沒有裝卸設備,就發動群眾用推、拉、頂、吊等方法把大型零部件“盤”進廠房……經過廣大技術人員和工程人員5年的艱苦奮戰,1970年8月,核潛艇陸上模式堆滿功率運行;1974年8月,中國第一艘核潛艇“長徵一號”正式服役。

  “一萬年太久,只爭朝夕!”獨立自主研制的中國核潛艇動力裝置,沒有讓共和國等太久。

  秦山二期:掌握二代改進技術的裏程碑

  改革開放後,國家作出發展核電站的決定。此時,中國自主研發核潛艇動力裝置的技術經驗就發揮了作用。有了這份純靠自己磨煉出的“基本功”,再想向上學習更先進的技術時,就會變得更加容易和透徹。

  當時中國核電發展有兩條路線:除了秦山一期核電站的自主設計路線之外,中國還和法國合作建設了大亞灣核電站,走“引進消化吸收”的路線。于是,當時法國人更為先進的二代改進型壓水堆M310,就成了中國核動力人首先學習、吸收的對象。

  這個任務,由核動力院在為秦山二期設計反應堆係統時完成了。當時,法國M310是三個回路90萬千瓦,而秦山二期則要設計為兩個回路60萬千瓦。為了適應中方自己的需求,核動力院科研人員決定把M310的堆芯燃料組件從157盒減少到121盒。這可不是隨意拿走幾盒燃料組件那麼簡單,核反應堆牽一發而動全身,這個變化意味著反應堆的堆芯係統必須重新設計。

  “敢動反應堆的堆芯,就如同敢動芯片的電路一樣;敢提出自己的堆芯,就如同敢提出自己的芯片電路一樣。”在北京大學政府管理學院教授路風看來,核動力院人之所以敢于“魔改”法國M310,就是源于自主開發核潛艇動力堆以來的能力積累,而在四川不斷完善的核動力試驗基地,也使得中國人有能力對自己的新改動、新設計進行驗證。

  通過秦山二期的“折騰”,中國實現了對法國M310機組核心技術的吸收,也對百萬千瓦級機組的設計心裏有了數。這時,核動力院的技術人員們把眼光投向了未來。

  “堆芯如果受制于外國,自主核電就無從談起。”1997年,時任中國核動力院副院長的張森如與20多名科研人員創造性地提出了“177堆芯”的概念:在法國的157堆芯方案上,再增加20組燃料,不僅發電功率提高,安全性也上升。

  2016年4月22日,“華龍一號”全球首堆中核集團福清5號機組核島三臺安注箱吊裝完成。中核集團供圖

  “‘177堆芯’是我國三代核電區別于國外技術的最主要特點,也是‘華龍一號’的靈魂,相當于給汽車搭載上了發動機。”中核集團華龍一號副總設計師劉昌文告訴記者,發動機變化,車身也得隨之變化,反應堆的一係列主要設備都需要重新自主設計。

  劉昌文講了一個蒸汽發生器的故事:在“華龍一號”早期的設計過程中,本打算向國外公司購買這項設備。然而在談判中對方堅持要求:如果將來使用這種蒸汽發生器的核電技術用于出口,必須經過其同意。“相當于給車買一個輪胎,結果輪胎商不允許這輛車出口。”劉昌文説,在場的中國專家都非常生氣,“從那時起,我們更加堅定了研發完全自主知識産權的三代核電技術的決心”。

  于是,經過近20年的潛心研發,“華龍”終于騰飛。據悉,位于福清的“華龍一號”全球首堆,預計在今年年底實現並網發電。

  玲龍一號:“華龍”之後的新名片

  “華龍一號”當然不是中國核電發展的終點。在掌握三代核電技術之後,中國核電的下一步路在何方?

  中核集團玲龍一號副總設計師秦忠給記者指出了三個方向:一、在保證安全基礎上,提高當前反應堆的經濟性,降低發電成本,這個任務將由“華龍”後續工程完成。二、開發具有固有安全性的“四代核電技術”,目前仍在試驗研發中。三、瞄準核能非電市場,開發核電小型堆,核動力院研發的“玲龍一號”,就是國內三代核電小堆的代表。

  2020年9月4日下午,中國自主三代核電“華龍一號”全球首堆中核集團福清核電5號機組開始裝料,預計將于年底實現並網發電。張 濤攝

  核能不僅可以用來發電,還有城市供熱、工業供汽、海水淡化等多種用途。後者統稱為核能的“非電應用”。“核能非電市場比電力市場大得多。”秦忠告訴記者,前者規模大約是後者的1.6倍左右。面對巨大的市場需求,單一發展大型核電機組已不能完全適應核能廣泛應用的要求。基于此,一種具有更高的安全性、適宜的經濟性、更短的建造周期,革新型的模塊小型堆應運而生。

  “我們的小型堆應急計劃區半徑小于500米,也就是説,即便在最壞的情況下,小堆的影響面積也只有方圓500米,不會對更遠的地區造成影響。”秦忠説,這意味著小堆在廠址選擇上更為簡易靈活,過去常常困擾大型核電站的選址問題,將得到一定緩解。“這可不是簡單地把大堆‘小型化’那麼簡單,這是我們中國人完全正向設計的新型反應堆。”

  據玲龍一號總設計師宋丹戎介紹,小堆還可應用于中小電網和區域電網,許多領土、人口較少的中小國家和發展中國家對此極為感興趣。2016年4月,“玲龍一號”成為全球首個通過國際原子能機構(IAEA)通用安全審查的小型堆,更為“玲龍一號”的安全性樹立了信心。如今,“華龍”“玲龍”,一大一小,差異互補,中國核電“雙龍出海”的格局正在形成。

  看似尋常最奇崛,成如容易卻艱辛。回顧中國核電的技術源流,我們發現:以“華龍”和“玲龍”為代表的中國三代核電技術,其設計基礎是秦山二期核電站,而開發秦山二期核電機組的技術能力起源于中國開發核潛艇動力堆的過程。

  這告訴我們:核心技術是買不來的,那些能把引進技術“消化吸收”好的企業,往往也是那些自主開發做得好的企業。我們今天取得的成績,是因為昨天先輩們的付出;而明天我們能走到哪裏,則取決于我們今天的努力。(記者 韓維正)

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【糾錯】 責任編輯: 邱麗芳
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