王大中和三個核反應堆

文/惠之

王大中

2022年1月4日，全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站——山東石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程首次并網發電，這是全球首個并網發電的第四代高溫氣冷堆核電項目，標志著我國成為世界少數幾個掌握第四代核能技術的國家之一。作為我國著名的核反應堆工程與核安全專家，中國科學院院士王大中為之傾注了大量心血。

“23歲半傳奇”的一員

在清華核研院，一直流傳著一段關于“23歲半傳奇”的故事。

1956年，著眼于國家對原子能人才的迫切需求，學校成立了工程物理系，來自河北昌黎的王大中成為該系的首批學生。兩年后，23歲的王大中畢業留校。當時清華大學提出自行設計建造2000千瓦屏蔽試驗反應堆，上百人的團隊平均年齡為23歲半，作為骨干成員的王大中投身到屏蔽式核反應堆的建設中。經過整整六年的努力，這個23歲半的團隊終于建成了我國第一個自主設計的零功率反應堆和屏蔽試驗反應堆。“當時遇到了很多困難，但也充分鍛煉了我們知難而進、艱苦奮斗的精神。”回憶起那段艱苦歲月時，王大中更愿意將它稱為一次“建堆建人”的歷練過程。

當年，從北京市區前往科研場地要一天的時間，王大中和同事們都把家安在了基地附近的山腳下。從反應堆物理設計，到反應堆熱工水力學設計與實驗，再到零功率反應堆物理實驗，從系統調試到反應堆一次啟動運行成功，王大中全程參與，在理論與實踐結合的奮斗中，逐漸成長為具有工程實踐經驗和戰略思維的領頭人。

出國進修專攻難題

1980年秋，王大中獲得德國洪堡獎學金資助，赴聯邦德國于利希核研究中心進修。那里是世界著名的核能研究基地，王大中師從球床高溫氣冷堆創始人蘇爾登教授。那時美國三里島核電站事故剛發生不久，全世界的人們十分恐懼核輻射。王大中認為提高核反應堆內在安全性應該是一個值得研究的新領域，因此選擇了“模塊式中小型高溫氣冷堆的設計和研究”。

彼時，模塊式高溫堆還只是德國科學家剛剛提出的一個概念，其核心是要使反應堆具有“固有安全性”，從根本上杜絕堆芯熔毀的發生。要將概念變為現實，困難重重。王大中日夜攻關，創造性提出“雙區球床堆”方案，在堆芯中央構建一個石墨球區，以降低堆芯熱點溫度，從而在保持模塊式高溫堆優異安全性能前提下，大幅提升單堆設計功率。僅用五個月時間，王大中就完成了環形堆的初步概念設計。當他將這一方案和驗算結果交給蘇爾登教授時，這位“球形堆之父”驚喜萬分地說：“過去認為單堆功率提高10%就很不容易了，現在你的設計方案可實現大幅度提高，這是很了不起的，這種環形堆應該申請專利。”

王大中以此工作為基礎完成的博士論文，以“全優”成績通過論文答辯，僅用一年多時間就獲得亞琛工業大學自然科學博士學位，被當地報紙評價為“中國人創造的一個奇跡”。緊接著，王大中設計發明了“一種在嚴重事故下具有安全自穩定性的球床核反應堆”，先后通過聯邦德國、美國和日本的專利審批。

一個核能人的勇氣和韌勁

兩年多后，王大中回國，不久被任命為清華大學核能研究所副所長。那段時間是核能科研低潮期，面對困難，王大中保持清醒，經過對我國能源含量、需求和國際核科技發展趨勢的調研分析，果斷地開始了低溫核供熱堆的研究開發。低溫核供熱堆是利用核裂變能產生的熱量對城市和企業進行集中供熱，是核能和平利用的一個新途徑。這種“反應堆”是世界上剛開始發展的一種先進、安全而清潔的新能源，具有很好的經濟效益和社會效益。它的安全性好、投資少、供熱成本低、建造周期短，可節省煤炭，不污染環境，在我國北方城市集中供熱方面有廣闊的應用前景。“勇氣就是要敢于嘗試，敢于選擇科技領域的無人區。”王大中說。

1985年，王大中擔任核能研究所所長。這時，低溫核供熱堆研究被列為國家“七五”計劃重點攻關項目，擬在核能所建成一座5兆瓦的試驗堆，同時開展大型20萬千瓦低溫核供熱堆的設計和關鍵技術及設備研究。

王大中（左一）

第二年3月，王大中主持設計的我國第一座5兆瓦低溫核供熱試驗反應堆在核能所開工興建。經過三年多建設，該反應堆完成了安裝和調試，并進行了核燃料裝料。1989年11月11日上午10時，王大中激動地宣布：“5兆瓦低溫核供熱堆首次臨界運行成功！”全場沸騰。這是世界上第一座投入運行的具有固有安全性的、一體化全功率自然循環殼式核供熱堆，也是世界上第一座使用新型水力驅動控制棒的反應堆，使中國在低溫核供熱這一領域跨入了世界先進行列。

“在目標定位上要‘跳起來摘果子’，如果目標過高或過低，只能無功而返或達不到預期成果；‘跳起來摘得著’才是適度的高標準。設法使自己跳得高一些，這樣才能實現勇于創新與務實求真的結合。”王大中這樣總結項目經驗。

在國家“863計劃”支持下，王大中帶領團隊開始了10兆瓦模塊式高溫氣冷堆研發。該項目于2003年并網發電，在國際上引起強烈反響。10兆瓦高溫氣冷堆突破數十項核心關鍵技術，其中15項達到國際先進水平。

幾十年的核能科研生涯，王大中及其團隊建了三個核反應堆。從20世紀60年代新中國首座自行設計與建造的屏蔽試驗反應堆，到20世紀90年代一體化自然循環核供熱堆，再到新世紀模塊式球床高溫氣冷堆，這三個堆極大推動了我國核能科技的發展。

如今，新一代的清華核能人也已成長起來，王大中的弟子張作義接捧，被任命為山東石島灣高溫氣冷堆核電站重大專項總設計師。盡管如此，王大中仍每天堅持上班，處處關心著中國核電事業的發展。