探秘中國(guó)核電技術(shù)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(guó)人民有志氣、有能力，一定要在不遠(yuǎn)的將來，趕上和超過世界先進(jìn)水平。”中國(guó)核動(dòng)力院供圖
1970年8月30日13時(shí)，中國(guó)西南大山深處的一個(gè)山溝溝里，突然爆發(fā)出一陣歡呼。中國(guó)第一任核潛艇總設(shè)計(jì)師、“中國(guó)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(dòng)的心情向周總理報(bào)告：中國(guó)第一艘核潛艇陸上模式堆實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行，發(fā)出了中國(guó)第一度核電，從此，中國(guó)人可以造自己的核動(dòng)力裝置了。
核動(dòng)力裝置是核潛艇的“心臟”，只有掌握了核動(dòng)力技術(shù)的國(guó)家，才敢說自己掌握了核潛艇制造技術(shù)。而當(dāng)核動(dòng)力技術(shù)“軍轉(zhuǎn)民”，就變成了核電站。各國(guó)核電站反應(yīng)堆的技術(shù)，往往都來源于對(duì)核潛艇動(dòng)力堆的開發(fā)。
如今，中國(guó)的核電技術(shù)已處于世界領(lǐng)先水平，“華龍一號(hào)”成為令人自豪的“國(guó)家名片”，但很多人仍然對(duì)中國(guó)核電的技術(shù)源流不甚清楚。在中國(guó)核能發(fā)出第一度電50周年之際，記者走進(jìn)位于四川成都的中核集團(tuán)中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院(下稱核動(dòng)力院)，考察中國(guó)核電技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。就是從這里，中國(guó)核動(dòng)力事業(yè)一步步從無到有、從弱到強(qiáng)，走過了50年崢嶸歲月。
核潛艇：中國(guó)核動(dòng)力的技術(shù)源頭
中國(guó)核潛艇的誕生，起源于聶榮臻元帥的一份絕密報(bào)告。
1954年至1957年，美國(guó)、蘇聯(lián)的第一艘核潛艇先后下水服役。看到核潛艇在戰(zhàn)略核反擊中的巨大威懾作用，中國(guó)軍方高層和科學(xué)家們陷入了沉思。1958年6月，聶帥以國(guó)防科委的名義起草了一份絕密報(bào)告，向黨中央建議研制中國(guó)自己的核潛艇。很快，報(bào)告得到了毛澤東、周恩來、朱德等主要領(lǐng)導(dǎo)人的批復(fù)支持。
同年10月，中國(guó)組建了一個(gè)34人的訪蘇代表團(tuán)，希望“老大哥”能對(duì)中國(guó)的核潛艇項(xiàng)目予以援助。然而，蘇方要么避實(shí)就虛，要么閃爍其辭，甚至不承認(rèn)自己擁有核潛艇。對(duì)此，中央下了決心：“蘇聯(lián)不援助，我們就自己干”、“核潛艇，一萬年也要搞出來”。
2016年4月22日，“華龍一號(hào)”全球首堆中核集團(tuán)福清5號(hào)機(jī)組核島三臺(tái)安注箱吊裝完成。中核集團(tuán)供圖
沒有外援，缺少技術(shù)資料，自己干談何容易。中國(guó)第一任核動(dòng)力總工程師趙仁愷回憶，設(shè)計(jì)組的研究工作就是從自學(xué)美國(guó)格拉斯登的《原子核反應(yīng)堆工程原理》和蘇聯(lián)的《原子核動(dòng)力裝置》兩本教科書開始的。
這種情況下，中國(guó)專家也在想各種辦法從蘇聯(lián)專家處“擠牛奶”。1959年9月，中國(guó)核動(dòng)力早期領(lǐng)導(dǎo)人孟戈非偶然從《參考消息》上看到，赫魯曉夫親口承認(rèn)蘇聯(lián)擁有核潛艇，孟戈非與趙仁愷等人抓住機(jī)會(huì)，約談蘇聯(lián)專家組組長(zhǎng)沃爾比約夫，向他詢問有關(guān)反應(yīng)堆和核潛艇方面的問題。意識(shí)到中蘇關(guān)系即將破裂的沃爾比約夫沒有拒絕，向趙仁愷們介紹了核動(dòng)力研發(fā)的一般程序、反應(yīng)堆物理、熱工設(shè)計(jì)和反應(yīng)堆啟堆時(shí)可能出現(xiàn)的問題，以及建造陸上模式堆的必要性。這次出于專家個(gè)人行為的口頭講解，解答了趙仁愷在設(shè)計(jì)中的一些疑惑，也堅(jiān)定了他對(duì)中方自主設(shè)計(jì)方案的信心。
1965年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)好轉(zhuǎn)和第一顆原子彈試爆成功，中央決定在四川境內(nèi)的山區(qū)建造核潛艇陸上模式堆，工程基地代號(hào)“909”。為了配合建造陸上模式堆，一批大型核動(dòng)力試驗(yàn)裝置也在這里建立起來，這使得909基地成為中國(guó)唯一的核動(dòng)力試驗(yàn)研究基地。同時(shí)在“三線”建設(shè)的方針下，中國(guó)核動(dòng)力的技術(shù)骨干力量也開始從北京向四川轉(zhuǎn)移。許多科研人員、大學(xué)生接到通知后義無反顧來到這里。一位當(dāng)年的技術(shù)人員回憶道：“909在什么地方?不知道。到909干什么?不知道。但我知道，祖國(guó)需要我。”
就這樣，在西南大山深處，聚集起一支號(hào)稱“八千會(huì)戰(zhàn)大軍”的隊(duì)伍。沒有計(jì)算機(jī)，就輪流使用手搖計(jì)算器驗(yàn)算物理公式;沒有裝卸設(shè)備，就發(fā)動(dòng)群眾用推、拉、頂、吊等方法把大型零部件“盤”進(jìn)廠房……經(jīng)過廣大技術(shù)人員和工程人員5年的艱苦奮戰(zhàn)，1970年8月，核潛艇陸上模式堆滿功率運(yùn)行;1974年8月，中國(guó)第一艘核潛艇“長(zhǎng)征一號(hào)”正式服役。
“一萬年太久，只爭(zhēng)朝夕!”獨(dú)立自主研制的中國(guó)核潛艇動(dòng)力裝置，沒有讓共和國(guó)等太久。
2020年9月4日下午，中國(guó)自主三代核電“華龍一號(hào)”全球首堆中核集團(tuán)福清核電5號(hào)機(jī)組開始裝料，預(yù)計(jì)將于年底實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。張 濤攝
秦山二期：掌握二代改進(jìn)技術(shù)的里程碑
改革開放后，國(guó)家作出發(fā)展核電站的決定。此時(shí)，中國(guó)自主研發(fā)核潛艇動(dòng)力裝置的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)就發(fā)揮了作用。有了這份純靠自己磨煉出的“基本功”，再想向上學(xué)習(xí)更先進(jìn)的技術(shù)時(shí)，就會(huì)變得更加容易和透徹。
當(dāng)時(shí)中國(guó)核電發(fā)展有兩條路線：除了秦山一期核電站的自主設(shè)計(jì)路線之外，中國(guó)還和法國(guó)合作建設(shè)了大亞灣核電站，走“引進(jìn)消化吸收”的路線。于是，當(dāng)時(shí)法國(guó)人更為先進(jìn)的二代改進(jìn)型壓水堆M310，就成了中國(guó)核動(dòng)力人首先學(xué)習(xí)、吸收的對(duì)象。
這個(gè)任務(wù)，由核動(dòng)力院在為秦山二期設(shè)計(jì)反應(yīng)堆系統(tǒng)時(shí)完成了。當(dāng)時(shí)，法國(guó)M310是三個(gè)回路90萬千瓦，而秦山二期則要設(shè)計(jì)為兩個(gè)回路60萬千瓦。為了適應(yīng)中方自己的需求，核動(dòng)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么簡(jiǎn)單，核反應(yīng)堆牽一發(fā)而動(dòng)全身，這個(gè)變化意味著反應(yīng)堆的堆芯系統(tǒng)必須重新設(shè)計(jì)。
“敢動(dòng)反應(yīng)堆的堆芯，就如同敢動(dòng)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(xué)政府管理學(xué)院教授路風(fēng)看來，核動(dòng)力院人之所以敢于“魔改”法國(guó)M310，就是源于自主開發(fā)核潛艇動(dòng)力堆以來的能力積累，而在四川不斷完善的核動(dòng)力試驗(yàn)基地，也使得中國(guó)人有能力對(duì)自己的新改動(dòng)、新設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
通過秦山二期的“折騰”，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了對(duì)法國(guó)M310機(jī)組核心技術(shù)的吸收，也對(duì)百萬千瓦級(jí)機(jī)組的設(shè)計(jì)心里有了數(shù)。這時(shí)，核動(dòng)力院的技術(shù)人員們把眼光投向了未來。
“堆芯如果受制于外國(guó)，自主核電就無從談起。”1997年，時(shí)任中國(guó)核動(dòng)力院副院長(zhǎng)的張森如與20多名科研人員創(chuàng)造性地提出了“177堆芯”的概念：在法國(guó)的157堆芯方案上，再增加20組燃料，不僅發(fā)電功率提高，安全性也上升。
“‘177堆芯’是我國(guó)三代核電區(qū)別于國(guó)外技術(shù)的最主要特點(diǎn)，也是‘華龍一號(hào)’的靈魂，相當(dāng)于給汽車搭載上了發(fā)動(dòng)機(jī)。”中核集團(tuán)華龍一號(hào)副總設(shè)計(jì)師劉昌文告訴記者，發(fā)動(dòng)機(jī)變化，車身也得隨之變化，反應(yīng)堆的一系列主要設(shè)備都需要重新自主設(shè)計(jì)。
劉昌文講了一個(gè)蒸汽發(fā)生器的故事：在“華龍一號(hào)”早期的設(shè)計(jì)過程中，本打算向國(guó)外公司購(gòu)買這項(xiàng)設(shè)備。然而在談判中對(duì)方堅(jiān)持要求：如果將來使用這種蒸汽發(fā)生器的核電技術(shù)用于出口，必須經(jīng)過其同意。“相當(dāng)于給車買一個(gè)輪胎，結(jié)果輪胎商不允許這輛車出口。”劉昌文說，在場(chǎng)的中國(guó)專家都非常生氣，“從那時(shí)起，我們更加堅(jiān)定了研發(fā)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)的決心”。
于是，經(jīng)過近20年的潛心研發(fā)，“華龍”終于騰飛。據(jù)悉，位于福清的“華龍一號(hào)”全球首堆，預(yù)計(jì)在今年年底實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。
玲龍一號(hào)：“華龍”之后的新名片
“華龍一號(hào)”當(dāng)然不是中國(guó)核電發(fā)展的終點(diǎn)。在掌握三代核電技術(shù)之后，中國(guó)核電的下一步路在何方?
中核集團(tuán)玲龍一號(hào)副總設(shè)計(jì)師秦忠給記者指出了三個(gè)方向：一、在保證安全基礎(chǔ)上，提高當(dāng)前反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)電成本，這個(gè)任務(wù)將由“華龍”后續(xù)工程完成。二、開發(fā)具有固有安全性的“四代核電技術(shù)”，目前仍在試驗(yàn)研發(fā)中。三、瞄準(zhǔn)核能非電市場(chǎng)，開發(fā)核電小型堆，核動(dòng)力院研發(fā)的“玲龍一號(hào)”，就是國(guó)內(nèi)三代核電小堆的代表。
核能不僅可以用來發(fā)電，還有城市供熱、工業(yè)供汽、海水淡化等多種用途。后者統(tǒng)稱為核能的“非電應(yīng)用”。“核能非電市場(chǎng)比電力市場(chǎng)大得多。”秦忠告訴記者，前者規(guī)模大約是后者的1.6倍左右。面對(duì)巨大的市場(chǎng)需求，單一發(fā)展大型核電機(jī)組已不能完全適應(yīng)核能廣泛應(yīng)用的要求。基于此，一種具有更高的安全性、適宜的經(jīng)濟(jì)性、更短的建造周期，革新型的模塊小型堆應(yīng)運(yùn)而生。
“我們的小型堆應(yīng)急計(jì)劃區(qū)半徑小于500米，也就是說，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(huì)對(duì)更遠(yuǎn)的地區(qū)造成影響。”秦忠說，這意味著小堆在廠址選擇上更為簡(jiǎn)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(jiǎn)單地把大堆‘小型化’那么簡(jiǎn)單，這是我們中國(guó)人完全正向設(shè)計(jì)的新型反應(yīng)堆。”
據(jù)玲龍一號(hào)總設(shè)計(jì)師宋丹戎介紹，小堆還可應(yīng)用于中小電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng)，許多領(lǐng)土、人口較少的中小國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家對(duì)此極為感興趣。2016年4月，“玲龍一號(hào)”成為全球首個(gè)通過國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)通用安全審查的小型堆，更為“玲龍一號(hào)”的安全性樹立了信心。如今，“華龍”“玲龍”，一大一小，差異互補(bǔ)，中國(guó)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(guó)核電的技術(shù)源流，我們發(fā)現(xiàn)：以“華龍”和“玲龍”為代表的中國(guó)三代核電技術(shù)，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是秦山二期核電站，而開發(fā)秦山二期核電機(jī)組的技術(shù)能力起源于中國(guó)開發(fā)核潛艇動(dòng)力堆的過程。
這告訴我們：核心技術(shù)是買不來的，那些能把引進(jìn)技術(shù)“消化吸收”好的企業(yè)，往往也是那些自主開發(fā)做得好的企業(yè)。我們今天取得的成績(jī)，是因?yàn)樽蛱煜容厒兊母冻?而明天我們能走到哪里，則取決于我們今天的努力。
