矢志創(chuàng)新，助力核能安全發(fā)展
—— 訪中山大學(xué)中法核工程與技術(shù)學(xué)院副教授周文忠博士

◎ 文/楊 通

一直以來，核能以其清潔、豐富、可持續(xù)性、能大規(guī)模應(yīng)用、環(huán)境可接受性好等特點(diǎn)，成為了人類夢寐以求的能源形式。隨著社會(huì)的發(fā)展，更有科學(xué)家提出了在未來20 年里，核能勢必將成為一種最有發(fā)展前景的新能源的論斷。

然而，在普羅大眾印象中，核能及核事業(yè)卻“只可遠(yuǎn)觀”，尤其是2012 年日本“3·11 福島核事故”后，人們對核安全更為關(guān)注。 “其實(shí)，我們國家在核能發(fā)展方面，始終都是將安全放在第一位的。”周文忠直言，“我的科研方向和重點(diǎn)也是圍繞核反應(yīng)堆的安全問題展開的。”十多年來，周文忠緊跟國家核能發(fā)展基本策略，立足本土需求，積極與國際接軌，致力于事故容錯(cuò)燃料和核能熱工水力方向的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研發(fā)，研究成果獲得了國際國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，為人類核能研究及事業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

孜孜以求，做更有意義的事

大學(xué)時(shí)期的周文忠，并沒有刻意想過自己今后要從事核能安全方面的工作。

1996 年、2002 年，周文忠分別獲得了天津大學(xué)的學(xué)士和碩士學(xué)位，隨后便進(jìn)入企業(yè)擔(dān)任機(jī)械工程師。然而在實(shí)際工作中，他接觸到了專業(yè)以外更多的知識(shí)。這讓喜歡新鮮事物，喜歡挑戰(zhàn)的周文忠燃起了繼續(xù)學(xué)習(xí)深造的斗志。

2005 年3 月，周文忠辭去企業(yè)工作，全身心地投入到了學(xué)習(xí)中，且這次是在美國普渡大學(xué)跨專業(yè)攻讀核能工程博士學(xué)位，博士研究課題是美國能源部經(jīng)費(fèi)支持的反應(yīng)堆被動(dòng)式安全殼冷卻系統(tǒng)研究。期間，作為研究助理，他還有幸參與了一項(xiàng)加拿大鈹業(yè)公司經(jīng)費(fèi)支持的UO2-BeO 事故容錯(cuò)核燃料方面的研究課題，這也是世界上較早的事故容錯(cuò)燃料研究之一。“正是參與這個(gè)研究課題，使我受益匪淺，不僅大大拓展了我的科研及學(xué)術(shù)領(lǐng)域和視野，也為我后來在美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室工作打下了基礎(chǔ)。”周文忠表示。

2010 年12 月，周文忠獲得普渡大學(xué)核能工程博士學(xué)位。隨即便到了擁有國際最頂尖的核能研究團(tuán)隊(duì)之一的美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室，從事美國能源部支持的錒系元素燃料的建模與分析，以及該燃料的性質(zhì)和性能研究。在此期間，他以研究員的身份先后參與了兩個(gè)重要科研項(xiàng)目的研究。然而，工作不到2 年時(shí)間，周文忠卻選擇回國發(fā)展。

“洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室作為美國國家層面的武器類實(shí)驗(yàn)室，有些項(xiàng)目外國人是很難參與到核心技術(shù)的研究的。同樣，我也認(rèn)為相同的技術(shù)和研究在祖國做出成績來，更有意義。”周文忠說。

回國前期，恰逢香港城市大學(xué)投來橄欖枝，加之自己對當(dāng)大學(xué)老師也很感興趣，回國后周文忠便入職香港城市大學(xué)做事故容錯(cuò)燃料，多物理場完全耦合核燃料與包殼材料性能分析，多相流及熱傳遞，核能熱工水力，嚴(yán)重事故及反應(yīng)堆安全方面的科研及教學(xué)。

為更好地從事學(xué)術(shù)及科研工作，更加便捷地服務(wù)于國家需求，今年1月，在中山大學(xué)的邀請下，周文忠?guī)е蟮臒岢篮椭T多學(xué)術(shù)及科研成果赴任中山大學(xué)中法核工程與技術(shù)學(xué)院副教授一職，繼續(xù)從事事故容錯(cuò)燃料和核能熱工水力等方向的科研及教學(xué)工作。

做引領(lǐng)性研究，筑牢安全防線

十多年來，周文忠的學(xué)術(shù)及科研都是圍繞核反應(yīng)堆安全問題展開的。他表示，安全無疑是現(xiàn)有核能反應(yīng)堆運(yùn)行和未來核能事業(yè)發(fā)展中最重要的問題之一。

基于在美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室了解、積累到的國際最前沿最頂尖的科研技術(shù)，周文忠在香港城市大學(xué)6 年的系統(tǒng)科研工作中，主持或參與了包括香港特別行政區(qū)政府資助項(xiàng)目，中國-歐盟合作項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金，深圳科創(chuàng)局和香港城市大學(xué)資助項(xiàng)目等在內(nèi)的多個(gè)項(xiàng)目，尤其針對事故容錯(cuò)燃料、核能熱工水力、嚴(yán)重事故及反應(yīng)堆安全做了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研發(fā)，并取得豐碩的學(xué)術(shù)及科研成果，意義重大。

在事故容錯(cuò)燃料研究方面。對包括UO2-BeO、UO2-SiC、U3Si2 等 在內(nèi)的多個(gè)燃料材料，SiC 和FeCrAl 包殼材料，以及采用涂層的包殼材料設(shè)計(jì)和新型sandwich 芯塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了廣泛深入的研究。并通過以上研究初步建立了事故容錯(cuò)燃料數(shù)據(jù)庫，為進(jìn)一步研究和工業(yè)化應(yīng)用奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。其中部分關(guān)于事故容錯(cuò)燃料的成果被Igor L. Pioro 教授主編的《第四代核反應(yīng)堆手冊》所引用。

事故容錯(cuò)燃料堆應(yīng)用理論體系方面。創(chuàng)新性地建立了事故容錯(cuò)燃料應(yīng)用于輕水堆和鈉冷快堆的理論體系，并開發(fā)了名為CAMPUS 的輕水反應(yīng)堆的燃料性能軟件。周文忠介紹說，輻射下燃料行為的預(yù)測涉及非常復(fù)雜的材料行為，這在任何其他工程學(xué)科中都是不常見的，而CAMPUS 軟件則完全耦合了所涉及的各種物理場。他的關(guān)于核燃料多物理場建模和模擬方法的研究成果也被Andreoni W.教授 (EPFL)和Yip S.教授 (MIT)在主編《材料建模手冊》時(shí)所引用。

嚴(yán)重事故管理方面。周文忠及團(tuán)隊(duì)在國際項(xiàng)目ALISA (歐盟和中國的項(xiàng)目)的支持下進(jìn)行了一項(xiàng)原型UO2燃料熔融物和冷卻劑相互作用并產(chǎn)生蒸汽爆炸的實(shí)驗(yàn)、分析和數(shù)值研究的項(xiàng)目。據(jù)介紹，該項(xiàng)目的成功實(shí)施將對深入理解嚴(yán)重事故原理和加強(qiáng)嚴(yán)重事故管理具有非常積極的意義。

多相流及熱傳遞試驗(yàn)裝置建立方面。周文忠?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)在借助高速攝影系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的應(yīng)用兩相流動(dòng)粒子圖像測速（PIV）系統(tǒng)建立了一個(gè)大型實(shí)驗(yàn)測試裝置來研究沸騰和冷凝的多相流動(dòng)和傳熱。周文忠表示，這是核反應(yīng)堆安全領(lǐng)域研究反應(yīng)堆應(yīng)用中的多相流現(xiàn)象的一個(gè)新方向，利用該裝置可大大加深研究人員在深入了解兩相流基本的物理現(xiàn)象和核能熱工水力情景，并且對于核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)優(yōu)化，安全操作和應(yīng)急準(zhǔn)備也至關(guān)重要。

基于上述研究和成果，周文忠累計(jì)在核能工程領(lǐng)域發(fā)表了39 篇期刊文章和48 篇會(huì)議論文，且大部分為通訊或第一作者；先后受邀進(jìn)行了2次會(huì)議主旨發(fā)言以及15 次特邀報(bào)告，在學(xué)術(shù)界影響廣泛。周文忠還積極參加期刊編輯評審和國際會(huì)議組織工作，如擔(dān)任國際期刊Journal of Power Technologies 的副主編和多次擔(dān)任各種國際會(huì)議（例如國際核能工程大會(huì)）的主題聯(lián)合主席和分主題主席。周文忠還是美國能源部科學(xué)辦公室的基礎(chǔ)能源科學(xué)評審專家。

“做科研，最終目的是要服務(wù)國家發(fā)展及戰(zhàn)略需求。”周文忠說道。因此，早在香港城市大學(xué)工作期間，他就建立了一個(gè)活躍而富有成效的研究實(shí)驗(yàn)室來開展核電方面的產(chǎn)學(xué)研工作。合作對象包括法國原子能和替代能源委員會(huì)（CEA）、加拿大核能實(shí)驗(yàn)室（CNL）、美國普渡大學(xué)、美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(LANL)、美國愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室(INL)、日本東北大學(xué)、中國廣核集團(tuán)公司（CGN）等等。現(xiàn)在，在中山大學(xué)的支持下，周文忠所在團(tuán)隊(duì)正在積極與國內(nèi)相關(guān)核電研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行行之有效的合作。

“發(fā)展核電事業(yè)是我國的基本戰(zhàn)略，安全高效發(fā)展核電是全面進(jìn)入清潔能源時(shí)代的必然選擇。我希望能用自己的所學(xué)所長為國家核電事業(yè)的發(fā)展，筑牢安全防線。”周文忠真切地說道。

作為一名大學(xué)老師，周文忠還承擔(dān)著日常的教學(xué)工作。他說，教學(xué)和學(xué)術(shù)是深深交織在一起的，二者不能割裂開來。因此，他常常把科研融入到教學(xué)中，并將學(xué)生視為有價(jià)值的研究人員。據(jù)介紹，在過去的幾年里，先后有20 多名本科生通過畢業(yè)論文和校園實(shí)習(xí)計(jì)劃參與了或正在參與他的研究工作。這既為研究引來了“源頭活水”，又鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力。同時(shí)，他指導(dǎo)過的一名博士生在“珠江人才計(jì)劃”下以青年教師的身份加入了華南理工大學(xué)核能工程項(xiàng)目；指導(dǎo)的一名博士后出站后也順利就職臨沂大學(xué)，成為該校臨沂大學(xué)物理與電子工程學(xué)院的一位青年教師。

初心不改，未來可期。據(jù)了解，經(jīng)過30 余年的砥礪發(fā)展，中國核電技術(shù)已然憑借自主創(chuàng)新和全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，躋身世界第一方陣。對于未來，周文忠表示，“加入中山大學(xué)以來，我感覺有更多的事情可以做了。我希望在事故容錯(cuò)燃料和核能熱工水力這兩大方向上，在之前的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)上，做出更好的成績，服務(wù)于國家和人民的需求。”