探秘中國核電技術(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：“中國人民有志氣、有能力，一定要在不遠的將來，趕上和超過世界先進水平。”中國核動力院供圖
1970年8月30日13時，中國西南大山深處的一個山溝溝里，突然爆發(fā)出一陣歡呼。中國第一任核潛艇總設(shè)計師、“中國核潛艇之父”彭士祿隨即撥通了周恩來總理的電話。他按捺住激動的心情向周總理報告：中國第一艘核潛艇陸上模式堆實現(xiàn)滿功率運行，發(fā)出了中國第一度核電，從此，中國人可以造自己的核動力裝置了。
核動力裝置是核潛艇的“心臟”，只有掌握了核動力技術(shù)的國家，才敢說自己掌握了核潛艇制造技術(shù)。而當(dāng)核動力技術(shù)“軍轉(zhuǎn)民”，就變成了核電站。各國核電站反應(yīng)堆的技術(shù)，往往都來源于對核潛艇動力堆的開發(fā)。
如今，中國的核電技術(shù)已處于世界領(lǐng)先水平，“華龍一號”成為令人自豪的“國家名片”，但很多人仍然對中國核電的技術(shù)源流不甚清楚。在中國核能發(fā)出第一度電50周年之際，記者走進位于四川成都的中核集團中國核動力研究設(shè)計院(下稱核動力院)，考察中國核電技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。就是從這里，中國核動力事業(yè)一步步從無到有、從弱到強，走過了50年崢嶸歲月。
核潛艇：中國核動力的技術(shù)源頭
中國核潛艇的誕生，起源于聶榮臻元帥的一份絕密報告。
1954年至1957年，美國、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，中國軍方高層和科學(xué)家們陷入了沉思。1958年6月，聶帥以國防科委的名義起草了一份絕密報告，向黨中央建議研制中國自己的核潛艇。很快，報告得到了毛澤東、周恩來、朱德等主要領(lǐng)導(dǎo)人的批復(fù)支持。
同年10月，中國組建了一個34人的訪蘇代表團，希望“老大哥”能對中國的核潛艇項目予以援助。然而，蘇方要么避實就虛，要么閃爍其辭，甚至不承認自己擁有核潛艇。對此，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”全球首堆中核集團福清5號機組核島三臺安注箱吊裝完成。中核集團供圖
沒有外援，缺少技術(shù)資料，自己干談何容易。中國第一任核動力總工程師趙仁愷回憶，設(shè)計組的研究工作就是從自學(xué)美國格拉斯登的《原子核反應(yīng)堆工程原理》和蘇聯(lián)的《原子核動力裝置》兩本教科書開始的。
這種情況下，中國專家也在想各種辦法從蘇聯(lián)專家處“擠牛奶”。1959年9月，中國核動力早期領(lǐng)導(dǎo)人孟戈非偶然從《參考消息》上看到，赫魯曉夫親口承認蘇聯(lián)擁有核潛艇，孟戈非與趙仁愷等人抓住機會，約談蘇聯(lián)專家組組長沃爾比約夫，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力研發(fā)的一般程序、反應(yīng)堆物理、熱工設(shè)計和反應(yīng)堆啟堆時可能出現(xiàn)的問題，以及建造陸上模式堆的必要性。這次出于專家個人行為的口頭講解，解答了趙仁愷在設(shè)計中的一些疑惑，也堅定了他對中方自主設(shè)計方案的信心。
1965年，隨著國民經(jīng)濟好轉(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“909”。為了配合建造陸上模式堆，一批大型核動力試驗裝置也在這里建立起來，這使得909基地成為中國唯一的核動力試驗研究基地。同時在“三線”建設(shè)的方針下，中國核動力的技術(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，祖國需要我。”
就這樣，在西南大山深處，聚集起一支號稱“八千會戰(zhàn)大軍”的隊伍。沒有計算機，就輪流使用手搖計算器驗算物理公式;沒有裝卸設(shè)備，就發(fā)動群眾用推、拉、頂、吊等方法把大型零部件“盤”進廠房……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行;1974年8月，中國第一艘核潛艇“長征一號”正式服役。
“一萬年太久，只爭朝夕!”獨立自主研制的中國核潛艇動力裝置，沒有讓共和國等太久。
2020年9月4日下午，中國自主三代核電“華龍一號”全球首堆中核集團福清核電5號機組開始裝料，預(yù)計將于年底實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。張 濤攝
秦山二期：掌握二代改進技術(shù)的里程碑
改革開放后，國家作出發(fā)展核電站的決定。此時，中國自主研發(fā)核潛艇動力裝置的技術(shù)經(jīng)驗就發(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)更先進的技術(shù)時，就會變得更加容易和透徹。
當(dāng)時中國核電發(fā)展有兩條路線：除了秦山一期核電站的自主設(shè)計路線之外，中國還和法國合作建設(shè)了大亞灣核電站，走“引進消化吸收”的路線。于是，當(dāng)時法國人更為先進的二代改進型壓水堆M310，就成了中國核動力人首先學(xué)習(xí)、吸收的對象。
這個任務(wù)，由核動力院在為秦山二期設(shè)計反應(yīng)堆系統(tǒng)時完成了。當(dāng)時，法國M310是三個回路90萬千瓦，而秦山二期則要設(shè)計為兩個回路60萬千瓦。為了適應(yīng)中方自己的需求，核動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單，核反應(yīng)堆牽一發(fā)而動全身，這個變化意味著反應(yīng)堆的堆芯系統(tǒng)必須重新設(shè)計。
“敢動反應(yīng)堆的堆芯，就如同敢動芯片的電路一樣;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，核動力院人之所以敢于“魔改”法國M310，就是源于自主開發(fā)核潛艇動力堆以來的能力積累，而在四川不斷完善的核動力試驗基地，也使得中國人有能力對自己的新改動、新設(shè)計進行驗證。
通過秦山二期的“折騰”，中國實現(xiàn)了對法國M310機組核心技術(shù)的吸收，也對百萬千瓦級機組的設(shè)計心里有了數(shù)。這時，核動力院的技術(shù)人員們把眼光投向了未來。
“堆芯如果受制于外國，自主核電就無從談起。”1997年，時任中國核動力院副院長的張森如與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’是我國三代核電區(qū)別于國外技術(shù)的最主要特點，也是‘華龍一號’的靈魂，相當(dāng)于給汽車搭載上了發(fā)動機。”中核集團華龍一號副總設(shè)計師劉昌文告訴記者，發(fā)動機變化，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。
劉昌文講了一個蒸汽發(fā)生器的故事：在“華龍一號”早期的設(shè)計過程中，本打算向國外公司購買這項設(shè)備。然而在談判中對方堅持要求：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)于給車買一個輪胎，結(jié)果輪胎商不允許這輛車出口。”劉昌文說，在場的中國專家都非常生氣，“從那時起，我們更加堅定了研發(fā)完全自主知識產(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”全球首堆，預(yù)計在今年年底實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。
玲龍一號：“華龍”之后的新名片
“華龍一號”當(dāng)然不是中國核電發(fā)展的終點。在掌握三代核電技術(shù)之后，中國核電的下一步路在何方?
中核集團玲龍一號副總設(shè)計師秦忠給記者指出了三個方向：一、在保證安全基礎(chǔ)上，提高當(dāng)前反應(yīng)堆的經(jīng)濟性，降低發(fā)電成本，這個任務(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)”，目前仍在試驗研發(fā)中。三、瞄準(zhǔn)核能非電市場，開發(fā)核電小型堆，核動力院研發(fā)的“玲龍一號”，就是國內(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”。“核能非電市場比電力市場大得多。”秦忠告訴記者，前者規(guī)模大約是后者的1.6倍左右。面對巨大的市場需求，單一發(fā)展大型核電機組已不能完全適應(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)濟性、更短的建造周期，革新型的模塊小型堆應(yīng)運而生。
“我們的小型堆應(yīng)急計劃區(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，不會對更遠的地區(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。“這可不是簡單地把大堆‘小型化’那么簡單，這是我們中國人完全正向設(shè)計的新型反應(yīng)堆。”
據(jù)玲龍一號總設(shè)計師宋丹戎介紹，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、人口較少的中小國家和發(fā)展中國家對此極為感興趣。2016年4月，“玲龍一號”成為全球首個通過國際原子能機構(gòu)(IAEA)通用安全審查的小型堆，更為“玲龍一號”的安全性樹立了信心。如今，“華龍”“玲龍”，一大一小，差異互補，中國核電“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”為代表的中國三代核電技術(shù)，其設(shè)計基礎(chǔ)是秦山二期核電站，而開發(fā)秦山二期核電機組的技術(shù)能力起源于中國開發(fā)核潛艇動力堆的過程。
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，是因為昨天先輩們的付出;而明天我們能走到哪里，則取決于我們今天的努力。
