一克鈾235徹底裂變釋放的能量相當(dāng)于2.9噸標(biāo)準(zhǔn)煤，一個(gè)核能專家的“能量”有多大?

國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)給出答案。

11月3日，國際著名核能科學(xué)家、我國實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆固有安全的帶頭人王大中走上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。

王大中曾說，他幾十年的科研生涯主要就是建了三個(gè)核反應(yīng)堆。

從上世紀(jì)60年代新中國首座自行設(shè)計(jì)與建造的屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆，到90年代一體化自然循環(huán)核供熱堆，再到新世紀(jì)模塊式球床高溫氣冷堆，這三個(gè)堆極大推動(dòng)了我國核能科技的發(fā)展。

它們記錄了王大中從初出茅廬的青年科研人員到核能技術(shù)領(lǐng)軍人物的成長軌跡，更見證了我國核能事業(yè)從小到大、從弱到強(qiáng)的奮斗之路。

“球形堆之父”的驚喜

在近期廣受好評(píng)的國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展上，全球首個(gè)第四代核電——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程備受關(guān)注。

此前的9月12日，該示范工程1號(hào)反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界狀態(tài)，機(jī)組正式開啟帶核功率運(yùn)行。

當(dāng)天，86歲的王大中在他的學(xué)生、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院(以下簡稱清華核研院)院長張作義的陪同下見證了這一重要時(shí)刻。

近兩年他已很少去外地出差，但這次，他說他一定得去。

“核電技術(shù)一定要實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆固有安全。”他再次強(qiáng)調(diào)了35年前就認(rèn)定的方向。

時(shí)間則給出當(dāng)年那一重要決策最好的答案。

1986年4月26日，切爾諾貝利核電廠的第四號(hào)反應(yīng)堆爆炸的巨響被寫進(jìn)歷史。這場釋放出的輻射劑量是二戰(zhàn)時(shí)期爆炸于廣島的原子彈的400倍以上的災(zāi)難，使世界核能的發(fā)展再次迅速轉(zhuǎn)入低谷。各國公眾對(duì)核安全的信心再次動(dòng)搖，各國對(duì)發(fā)展核電的態(tài)度和路線也持不同意見。

此時(shí)，王大中沒有動(dòng)搖研制先進(jìn)反應(yīng)堆的決心。

他堅(jiān)信，核電一定會(huì)成為非常重要的清潔能源，而具有固有安全性的模塊式球床高溫氣冷堆將會(huì)成為未來核能重要發(fā)展方向之一。

王大中并非盲目自信，他堅(jiān)持的底氣來自更早幾年關(guān)于核電安全的思考、研究和謀劃。

事實(shí)上，早在1979年，美國三哩島壓水堆核電站發(fā)生堆芯熔化事件，就給全球敲響了核安全的警鐘。王大中也是在此時(shí)意識(shí)到，安全是核能發(fā)展的生命線，未來核電技術(shù)發(fā)展必須抓住這一主要矛盾。

幸運(yùn)的是，時(shí)代和祖國給了王大中求解這個(gè)主要矛盾的機(jī)遇。

1980年，中國開啟新時(shí)代，一大批有為有志青年走出去，學(xué)習(xí)各領(lǐng)域先進(jìn)知識(shí)。優(yōu)秀的王大中在德國洪堡獎(jiǎng)學(xué)金的資助下，前往于利希研究中心反應(yīng)堆研究所進(jìn)修，師從球床高溫氣冷堆創(chuàng)始人蘇爾登教授。

當(dāng)蘇爾登教授將4個(gè)研究課題擺在他面前時(shí)，他選擇了“模塊式高溫氣冷堆的設(shè)計(jì)研究”。

彼時(shí)，模塊式高溫堆還只是德國科學(xué)家剛剛提出的一個(gè)新概念，其核心是要使反應(yīng)堆具有“固有安全性”，從根本上杜絕發(fā)生堆芯熔毀的可能。

選擇一個(gè)新概念作為研究方向，顯示了王大中的遠(yuǎn)見卓識(shí)和魄力。

“他的這種戰(zhàn)略眼光有時(shí)候近乎神奇。”張作義如此形容他的恩師，“2000年后，模塊式高溫氣冷堆才被國際核能界公認(rèn)為第四代先進(jìn)核能技術(shù)的代表，而老師在此十幾年前就認(rèn)定了這個(gè)方向。”

但要將概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，卻是困難重重。

王大中創(chuàng)造性提出“雙區(qū)球床堆”方案，在堆芯中央構(gòu)建一個(gè)石墨球區(qū)，以降低堆芯熱點(diǎn)溫度，從而在保持模塊式高溫堆優(yōu)異安全性能前提下，大幅提升單堆設(shè)計(jì)功率。

當(dāng)他將這一方案和驗(yàn)算結(jié)果交給蘇爾登教授時(shí)，這位“球形堆之父”驚喜地說：“過去認(rèn)為單堆功率提高10%就很不容易了，現(xiàn)在你的設(shè)計(jì)方案可實(shí)現(xiàn)大幅度提高，這是很了不起的，這種環(huán)形堆應(yīng)該申請(qǐng)專利。”

僅用5個(gè)月的時(shí)間，王大中就完成了環(huán)形堆的初步概念設(shè)計(jì)。他以此工作為基礎(chǔ)完成的博士論文，以“全優(yōu)”成績通過論文答辯，僅用一年多時(shí)間就獲得亞琛工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)博士學(xué)位，被當(dāng)?shù)貓?bào)紙?jiān)u價(jià)為“中國人創(chuàng)造的一個(gè)奇跡”。

高瞻遠(yuǎn)矚成就全球高溫氣冷堆領(lǐng)跑者

說回1986年的中國，這個(gè)“創(chuàng)造奇跡”的中國人將開啟另一段傳奇。

在世界核能發(fā)展最低潮時(shí)期，王大中跟蹤國際高溫堆發(fā)展前沿，做出了3個(gè)重大戰(zhàn)略性選擇：一是模塊式球床高溫氣冷堆堆型;二是從小規(guī)模實(shí)驗(yàn)堆到全尺寸工業(yè)示范電站的發(fā)展路線;三是在核心關(guān)鍵技術(shù)上堅(jiān)持自主創(chuàng)新的原則。這3個(gè)重大選擇對(duì)中國乃至世界高溫氣冷堆技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，明確了我國高溫氣冷堆從當(dāng)時(shí)起，未來三十年的技術(shù)發(fā)展路線。

在王大中等人的力推下，在國家“863計(jì)劃”的支持下，清華核研院開始了10兆瓦模塊式球床高溫氣冷堆研發(fā)。

球形核燃料元件、燃料球流動(dòng)特性、氦技術(shù)及氦設(shè)備……在陸續(xù)突破8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)后，1992年，國務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)，在清華核研院建一座10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。

8年后的12月，高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆建成臨界，又在兩年多后并網(wǎng)發(fā)電。

這是世界上首座模塊式球床高溫氣冷堆，它的建成標(biāo)志著我國掌握了該堆型的關(guān)鍵核心技術(shù)，形成了擁有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)技術(shù)，并取得了系列重要?jiǎng)?chuàng)新成果。

王大中沒有就此止步。

他又一次站在國家戰(zhàn)略需求的角度，按照“堅(jiān)持核心關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新”的既定方針，提出要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆向工業(yè)規(guī)模原型堆的跨越，實(shí)現(xiàn)我國先進(jìn)核能技術(shù)的跨越發(fā)展。

在10MW高溫氣冷堆基礎(chǔ)上，王大中積極推進(jìn)單一模塊反應(yīng)堆功率放大25倍、世界首座工業(yè)規(guī)模的模塊式高溫氣冷堆核電站的建設(shè)。

2006年“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”被列為國家16個(gè)科技重大專項(xiàng)之一，高溫氣冷堆核電站是其中一個(gè)分項(xiàng)，其核心工程目標(biāo)和標(biāo)志性成果，是在山東榮成建設(shè)一座電功率為200MW的高溫氣冷堆核電站示范工程，為發(fā)展第四代核電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

這是世界首座工業(yè)規(guī)模的模塊式高溫氣冷堆核電站，工程規(guī)模相當(dāng)于我國首座秦山30萬千瓦核電機(jī)組。

“近幾年美歐核電聯(lián)盟一直想建設(shè)一個(gè)類似的工業(yè)示范工程，但工程尚未開工，進(jìn)度已經(jīng)落在我國后面。”張作義說。

2014年，美國核學(xué)會(huì)前主席、麻省理工學(xué)院安德魯·卡達(dá)克教授現(xiàn)場參觀了正在建設(shè)的高溫氣冷堆示范工程后感嘆：“中國毫無疑問是全球高溫氣冷堆的領(lǐng)跑者，而且在未來很長一段時(shí)間，中國將繼續(xù)引領(lǐng)世界。”

“跳起摸高”的創(chuàng)新定位

1989年11月3日，在首都西北郊巍峨的燕山腳下，清華大學(xué)核研院一座新落成的乳白色建筑物內(nèi)，指示控制棒位的熒光屏閃閃發(fā)光，經(jīng)過放大的中子計(jì)數(shù)器嗒嗒作響，人們在屏息靜氣地等待著一個(gè)時(shí)刻的到來。

16點(diǎn)53分，主控制室各種儀表都顯示出反應(yīng)堆已達(dá)到首次臨界，一位中年人激動(dòng)宣布:“5兆瓦低溫核供熱堆首次臨界運(yùn)行成功。”

從1985年開始，王大中主持低溫核供熱堆研究。

在總體方案的選擇上，在實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆安全的前提下，既要實(shí)現(xiàn)核能供熱的目標(biāo)，又要深謀遠(yuǎn)慮地把握反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展方向，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了近一年時(shí)間進(jìn)行論證，期間專程帶隊(duì)去歐洲考察，著重調(diào)研了德國西門子的一體化殼式供熱堆和瑞典的池式供熱堆，經(jīng)過反復(fù)研究和論證，最后確定選擇殼式一體化自然循環(huán)水冷堆，并計(jì)劃先建設(shè)一座5兆瓦低溫核供熱堆，以掌握其核心技術(shù)。

實(shí)踐證明，這個(gè)方案的選擇具有很強(qiáng)的技術(shù)前瞻性。一體化自然循環(huán)已成為21世紀(jì)以來國際上小型輕水核反應(yīng)堆發(fā)展的主要技術(shù)方向之一，在小型核能發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、核能供熱、海水淡化等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

1985年，王大中主持國家“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“5MW低溫核供熱堆研究”。從立項(xiàng)報(bào)告、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場到建設(shè)工地，他全程負(fù)責(zé)，親力親為。

5兆瓦低溫核供熱堆于1986年開工，1989年建成并首次臨界成功，投入功率運(yùn)行。隨后三個(gè)冬季供熱運(yùn)行累計(jì)8174小時(shí)，供熱可利用率達(dá)到99%。這是世界上首座一體化自然循環(huán)水冷堆，也是世界上首次采用新型水力驅(qū)動(dòng)控制棒的反應(yīng)堆。

5MW低溫堆成果獲得國際核能界高度贊譽(yù)。時(shí)任聯(lián)邦德國總理科爾的核能總顧問弗萊厄博士在賀電中稱，“這不僅在世界核供熱反應(yīng)堆的發(fā)展方面是一個(gè)重要的里程碑，同時(shí)對(duì)解決環(huán)境污染問題也是一個(gè)里程碑。”

“要善于把握技術(shù)發(fā)展方向，選好技術(shù)方案和項(xiàng)目目標(biāo)，在目標(biāo)定位上要‘跳起來摘果子’，如果目標(biāo)過高或過低，只能無功而返或達(dá)不到預(yù)期成果。”王大中日后總結(jié)，“跳起來摘得著”才是適度的高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)法使自己跳得高一些，達(dá)到一個(gè)高度后，再瞄準(zhǔn)新的高度，取度合適，才能實(shí)現(xiàn)勇于創(chuàng)新與務(wù)實(shí)求真的結(jié)合。

來自“200號(hào)”60年前的磨煉

知易行難。完美實(shí)現(xiàn)勇于創(chuàng)新與務(wù)實(shí)求真的結(jié)合，也正是張作義最佩服老師的地方。

“他強(qiáng)調(diào)在開放合作背景下謀創(chuàng)新，但任何時(shí)候都不忘需要將關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手里，這其實(shí)需要極大的決心和魄力，和堅(jiān)忍不拔的毅力。”張作義說。

以10兆瓦高溫氣冷堆中的核燃料球?yàn)槔瑢?duì)這一關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)時(shí)有人提出購買國外早期研究文檔。王大中在多方調(diào)研論證后強(qiáng)調(diào)，必須自己研發(fā)。

10兆瓦堆采用球形燃料元件，全堆裝2萬多個(gè)球，每個(gè)球包含有8000個(gè)直徑小于1mm的包覆顆粒，每個(gè)顆粒內(nèi)有0.5mm鈾芯和三層熱解炭及一層碳化硅的包覆層，每爐一次制備500萬個(gè)顆粒，不合格率要小于十萬分之二。

在近10年的攻關(guān)后，王大中帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)最后批量生產(chǎn)出2萬多個(gè)燃料球，其質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。

“攻克核心技術(shù)要經(jīng)歷多次失敗，不可能一蹴而就，這是一個(gè)‘十年磨一劍’的長期積累過程，既需要有知難而進(jìn)的勇氣，又需要有鍥而不舍的韌勁。”王大中曾說。

“如果當(dāng)時(shí)我們用了別人的技術(shù)，很難有今天的先進(jìn)性和世界最大規(guī)模批量生產(chǎn)的能力。”張作義感嘆。

王大中的堅(jiān)持和知難而進(jìn)與新中國首座自行設(shè)計(jì)與建造的屏蔽實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆分不開。

鼎鼎大名的清華核研院在核行業(yè)內(nèi)和清華校內(nèi)常被稱為“200號(hào)”，得名于核研院建院初期在校內(nèi)的工程編號(hào)。

“200號(hào)”最初因一座功率為2000千瓦的屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆而建。

1960年，京郊昌平的虎峪山區(qū)，一群平均年齡接近23歲的清華教師和學(xué)生，開啟艱難的建堆之路。

彼時(shí)，清華大學(xué)工程物理系第一批畢業(yè)生王大中畢業(yè)留校才2年。

1956年清華大學(xué)成立了工程物理系，這是國家為培養(yǎng)原子能科學(xué)技術(shù)人才而成立的第一個(gè)核工程系。該系的首批學(xué)生全是從其他院系抽調(diào)過來的精英。

剛在機(jī)械系讀完二年級(jí)的王大中被調(diào)入這個(gè)新的系。雖然王大中日后戲稱，這次轉(zhuǎn)讀工物系是“身不由己”，但隨后選擇核反應(yīng)堆專業(yè)確是心之所向。

對(duì)核反應(yīng)堆完全不了解的王大中對(duì)一件事印象深刻。他看過一個(gè)介紹蘇聯(lián)第一個(gè)原子能發(fā)電站的紀(jì)錄片，盡管那座核電站功率只有5000千瓦，但原子核裂變釋放出的巨大能量，以及那厚厚的混凝土墻和自動(dòng)開啟鐵門后面的原子爐，給他留下了強(qiáng)烈而深刻的印象。

“鏈?zhǔn)搅炎兪窃鯓影l(fā)生的，又是怎樣被控制的，能量又是怎樣傳出和利用的?正是這種好奇心驅(qū)動(dòng)著自己選擇了核反應(yīng)堆專業(yè)。”王大中說。

當(dāng)年的“200號(hào)”條件之艱苦自不必多說。吃住都在馬棚里。那里還流傳著一個(gè)“二兩坡”的笑談：從清華園到虎峪村要先坐火車，再走十里山路。師生們開玩笑稱那段山路為“二兩坡”——爬一次坡能消化二兩饅頭。

更難的是科研上的硬骨頭。“當(dāng)時(shí)反應(yīng)堆這門課程并沒有教材，只能從實(shí)踐中摸索。”王大中曾回憶，而且各國對(duì)反應(yīng)堆的研究保密，我們誰也沒有見過反應(yīng)堆，擺在面前的只有蘇聯(lián)的不完整圖紙。

17個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)，數(shù)千個(gè)機(jī)器零部件，幾百臺(tái)儀器設(shè)備，二十萬米管線，屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和建造對(duì)于當(dāng)時(shí)一窮二白的新中國來說，其難度可想而知。

但高喊“用我們的雙手開創(chuàng)祖國原子能事業(yè)的春天”的年輕人們硬是扛過來了。

1964年秋天，“200號(hào)”迎來了豐收的季節(jié)。我國第一座自行設(shè)計(jì)、建造的核反應(yīng)堆——清華大學(xué)屏蔽試驗(yàn)反應(yīng)堆成功建成。

作為其中的骨干成員，王大中和同事同學(xué)們從做工程模型開始，了解反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。他們從“馬糞紙”模型做起，再到“三合板”、玻璃模型，逐漸搞清楚反應(yīng)堆堆芯、各種工藝系統(tǒng)和建筑結(jié)構(gòu)。

他還負(fù)責(zé)籌建了反應(yīng)堆熱工水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。來之不易的成功讓王大中深刻體會(huì)到攻克難關(guān)的喜悅和意義。

始終葆有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)

選定方向后，除了實(shí)事求是、按科學(xué)規(guī)律辦事，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)也是成功的關(guān)鍵。

對(duì)王大中來說，同樣如此。

“我的辦公室就是他原來的辦公室，我現(xiàn)在還能看到他1986年帶著團(tuán)隊(duì)去德國訪問的記錄。”張作義說，上面的標(biāo)注密密麻麻。

王大中嚴(yán)謹(jǐn)為學(xué)、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度影響了一大批年輕人。他曾經(jīng)的博士生石磊已經(jīng)是清華大學(xué)核研院副院長。

他記得，彼時(shí)，王大中還是清華大學(xué)的校長，工作非常繁忙。“但是當(dāng)他修改完我的博士論文后，找我一章一節(jié)、一段一句仔細(xì)討論時(shí)，望著那滿篇都是王老師親自修改痕跡的論文，聽著王老師耐心的講解，我深受觸動(dòng)。”石磊說，老師連文字標(biāo)點(diǎn)、圖標(biāo)符號(hào)的錯(cuò)誤，都一一指了出來。

在工作中，他讓人看到大手筆，也讓人體會(huì)到他對(duì)細(xì)微處的操心：他曾經(jīng)把厚重的國外大學(xué)的信息資料一本本帶回學(xué)校;也曾經(jīng)收集了厚厚一疊新年賀卡交給清華大學(xué)新聞中心，希望他們也能把清華的新年賀卡設(shè)計(jì)得更典雅一些，而清華后勤搞房屋裝修的職工更是對(duì)他在色彩和格調(diào)上的高標(biāo)準(zhǔn)頗有體會(huì)。

王大中具備老一輩科學(xué)家生活簡樸、淡泊名利等可貴特質(zhì)，同時(shí)也多才多藝、樂觀開朗。

2011年，清華百年校慶晚會(huì)上王大中再次登臺(tái)翩翩起舞

他曾是學(xué)生舞蹈隊(duì)的主力，難度很高的鄂爾多斯舞跳得極其出色。十年前的清華百年校慶晚會(huì)上，王大中與清華舞蹈隊(duì)新老舞蹈隊(duì)員共跳鄂爾多斯舞的場景讓他的學(xué)生們印象深刻。

女兒王奕眼中的王大中則更生動(dòng)有趣：“小的時(shí)候，教我學(xué)騎自行車，夏天帶著我到山里的水庫中教我學(xué)游泳，冬天在清華荷花池教我學(xué)溜冰，記得有一年還帶著我做了各式各樣新穎的賀年卡。爸爸也鼓勵(lì)我勇于去嘗試新鮮的事物。”

無論是作為科研團(tuán)隊(duì)帶頭人，還是一校之長，王大中對(duì)事業(yè)盡心盡責(zé)，慮遠(yuǎn)謀近、嘔心瀝血，始終葆有強(qiáng)烈的責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)精神，他的遠(yuǎn)見卓識(shí)、崇高品格贏得了廣大師生和業(yè)界的高度贊譽(yù)。青年學(xué)生們親切地稱他為“一位真正讓人尊敬的慈祥長者”“一位務(wù)實(shí)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼贫嫒?rdquo;“一個(gè)稱職且兼愛的校長”，他們眼中，王大中校長“永遠(yuǎn)是清華人的榜樣”。

王大中人物簡介：

王大中，中國科學(xué)院院士，國際著名的核能科學(xué)家、教育家。歷任清華大學(xué)核能所研究室主任、所長，核研院院長、總工程師，清華大學(xué)校長等職務(wù)。

他領(lǐng)導(dǎo)清華大學(xué)核能研究團(tuán)隊(duì)以提高核能的安全性為主要學(xué)術(shù)理念，走出了我國以固有安全為主要特征的先進(jìn)核能技術(shù)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑世界的成功之路。

他主持研究、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行成功世界上第一座5MW殼式一體化低溫核供熱堆;主持研發(fā)建成了世界第一座具有固有安全特征的模塊式10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆，并積極推動(dòng)以上兩種先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)用。

王大中院士曾先后以第一完成人身份獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)兩次、國家教委科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)、何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、國家級(jí)教學(xué)成果特等獎(jiǎng)、全國“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?rdquo;等多項(xiàng)榮譽(yù)。(科技日?qǐng)?bào)記者 操秀英)