今年86北京岁的王大中院士,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。北京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,使他在少北京年时代崭露头角。
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,王大北京中报考清华大学,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,又在一部介绍核电北京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,基地北京选址燕山脚下。
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。师北京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,成长为具有工北京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“北京球床堆之父”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北京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。
悟性:“固有安全”的实践
让王大中拿下博士学位北京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:北京抽出所有控制棒!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北京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;北京跳起来摘得着,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)一体化北京自然循环水冷堆,非能动安全。第二个台阶,10MW高温气冷堆,固有安全。王大中择北京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,北京王大中毫无退意。
“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”北京计划支持下,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北京摄氏度高温,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,北京国务院批准立项,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北京了固有安全,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,北京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,北京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“大型先进压北京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北京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,成为全球高温气北京冷堆的领跑者。
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。北京看到中国的成功后,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北京给后来的清华人,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-中国经济网记者 佘惠敏)
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