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    六十载风雨砥砺 一甲子春华秋实——写在“一堆一器”建成60周年之际

    2018-09-26 16:18:16 来源: 中国科技网-科技日报 作者: 董建丽 虞莉婷
    中国原子能科学研究院,反应堆,

    原子能院航拍全景图

    1958年6月10日,我国第一台回旋加速器调试出束

    1958年6月13日,我国第一座重水反应堆首次临界

    北京西南郊的中国原子能科学研究院(以下简称原子能院)一座厂房外,静静矗立着一块巨大的磁铁,穿过钱三强先生、王淦昌先生铜像所在的一片?#20889;?#26641;林,与之东西遥遥相望的,是一座红色、古朴的反应堆大楼。栉风沐雨60年,身为我国第一台回旋加速器和第一座重水反应堆,如今,它们已成为时代的永恒见证。

    今年6月,国务院国有资产监?#28966;?#29702;委员会首次对外发布中央企业工业文化遗产名录,并发布核工业行业首批12项工业文化遗产。第一座重水反应堆和第一台回旋加速器打造的“一堆一器”组合共同入选。

    1958年9月27日,“一堆一器”开启?#23435;?#22269;原子能时代。1984年、2007年,回旋加速器、重水反应堆先后完成历史使命,光荣退役。

    站在“一堆一器”建成60周年的时间点上回望,原子能院院长万钢评价,从基础研究到“两弹一艇”?#38469;?#25915;关,再到和平利用原子能,“一堆一器”为原子能院、为中国核事业的发展作出了不可磨灭的历史贡献。纪念“一堆一器”建成60周年,不仅因为它们是我国核科技发展的象征,还因为其蕴藏的丰富精神和文化内涵在今天仍有借鉴意义。

    从零起步到原子能时代开启

    1950年5月19日,中国科学院近代物理研究所(中国原子能科学研究院前身)成立,钱三强任副所长。

    虽然是刚成立的基础研究机构,但钱三强却大胆设想,要将近代物理研究所建设成世界一流的?#23435;?#29702;研究所。

    如何才能迎头赶上?他提出,应从基础研究抓起。但当时条件困难,研究人员极少,没有必要的设备,连一台回旋加速器也没有,西方国家对我国实行封锁……

    当时前苏联在自然科学研究方面重视基础研究,并将核?#30778;?#30740;究与应用研究紧密结合起来,于1949年爆炸了第一个核装置。

    他们是如何发展的?钱三强萌生了考察苏联科学院的想法。

    在中苏两党、两国关系“蜜月期?#20445;?953年2月24日,以钱三强为团长的苏联考察团搭乘中苏国际列车,沿西伯利亚铁路前往莫斯科。

    但在苏方最初?#25165;?#30340;日程里,并没有参观原子能研究机构这一项。钱三强认为不能没有,于是通过驻苏大使并经中央领导批准后,直接向苏方提出,希望增加参观原子?#23435;?#29702;方面的研究机构和设备。

    按照苏联科学院的?#25165;牛?#22312;杜布纳新建的原子核基础研究实验中心,考察团参观了680MeV环形加速器和相关实验室。

    在交谈中,钱三强问:“新中国成立后,中国共产党十分重视发展科学?#38469;酰?#25552;出要迎头赶?#31995;?#21475;号。在原子?#23435;?#29702;方面,我们需要一台回旋加速器和一座研究用核反应堆。不知?#28010;?#32852;能否在这方面给予帮助。”

    陪同参观的实验物理学家、苏联科学院院士、宇宙线和高能物理专家斯柯别里岑回答:“对开展?#23435;?#29702;研究和有关的实验研究来说,它们是不可少的。你们想从苏联引进回旋加速器,我想问题不大……关于反应堆,这需要政府间达成协议。因为这涉及核燃?#24076;?#32780;核燃料是国家严格控?#39057;摹!?/p>

    近两年后这项工作被加速。

    1955年1月15日,党中央作出了大力发展中国原子能事业的战略决策,同年4月,中国政府代表团与苏联政府签订了《关于为国民经济发展需要利用原子能的协定》(以下简称《协定》)。这意味着在核科学领域,苏联方面将向我国提供一座7000千瓦的重水型实验性反应堆和一台直径1.2米的回旋加速器,并接受我国工程?#38469;?#21644;科研人员去苏联考察学习反应堆和加速器的?#30778;邸?#36816;行、维修,以及在这些设备上进行科学研究的有关?#38469;?#24037;作。

    《协定》一签订,中共中央政治局会议便做出决定,在国家建?#26633;?#21592;会成立建筑?#38469;?#23616;。7月1日,建筑?#38469;?#23616;成立,任务是筹建原子反应堆和加速器等重大科学工程。

    身为第一副局长,钱三强?#20808;?#21518;的第一项工作是为反应堆和加速器安家。根据勘察结果,北京西南郊房山坨里地区被选定为新的研究基地,也就是今天原子能院所在地。

    在建设新基地的同时,原子能科学?#38469;?#20154;才的选拔与培养也在紧锣密鼓进行。1955年秋冬,钱三强担任团长,率领39名科技人员组成考察学习团,分两批赴莫斯科,在苏联?#30778;?#19982;实验物理研究所(当时称“热工研究所?#20445;?#31561;单位实习,他们的主要任务是在回旋加速器和实验性重水反应堆上实习,以便回国后参加苏联援建设备的安装、调试、运行和利用。

    1956年5月26日,苏联援建的“一堆一器”开工兴建。短短两年多,昔日的荒滩野岭间出现了一座原子科学城,成为我国第一个比较完整的、综合性的原子核科学?#38469;?#30740;究基地。

    1958年6月,喜报接踵而至:10日,我国第一台回旋加速器第一次得到质子束并且到达内靶;13日18时40分,我国第一座重水反应堆首次达临界。7月1日,《人民日报》一版刊登消息,称“它们的建成标志着我国已经开始跨进了原子能时代”。

    1958年9月27日,国务院在中国科学院原子能研究所(原子能院前身)举?#26032;?#37325;的?#24179;?#29983;产典礼。国务院副总理、国家验收委员会主?#25991;?#33635;臻签字验收,国务院副总理兼外交部长陈毅元帅剪彩。

    从这一天开始,我国原子能科学发?#20849;?#20837;新征程。

    从军到民的核科学研究能力提升

    核科技的发展离不开反应堆、加速器等重大设施。当今世界核科技水平的表?#20013;问劍?#38598;中体现在反应堆、加速器的先进程度。

    “一堆一器”建成后,我国核科学研究的?#38469;?#35013;备和实验手段有了显著提升。

    围绕“一堆一器?#20445;?#21407;子能院开展了核裂变测量、核数据测量、核反应研究等大量工作。其中最突出的是根据国防事业需要,积极开展科技攻关,为“两弹一艇”成功研制作出了历史性贡献。

    在第一颗原子弹研制方面,重水堆提供了装料和装?#31995;?#20851;键数据,研制了点火中子源,突破了钚生产堆燃料组件等关键?#38469;酢?#22312;第一颗氢弹研制方面,“一堆一器”完成了为氢弹?#38469;?#36335;线选择起到“定向”作用的轻核反应关键数据研究,为攻克氢弹材?#24819;?#30340;生产工艺提供了重要依据。

    1960年4月,以重水反应堆为基础,建成了“东风3号”零功率反应堆,专门用于核潜艇堆模拟实验,并提供了第一批实验数据。此后,“一堆一器”还提供了第一艘核潜艇的启动中子源,完成第一个船用动力堆初步设计,完成了核潜艇堆物理、热工水力、燃料元件、压力容器等研究与试验,为1971年我国首艘核潜艇的下水作出了贡献。

    在人造卫星和洲?#23454;?#24377;方面,“一堆一器”也作出了重要贡献:为人造地球卫星上天的材料性能和导航设备陀螺仪提供关键数据;为武器、导弹、卫星研究用的元件和部件进行质子束辐照考验;为卫星地面测试装置生产千?#27704;?#32423;的钋-210热源。

    十一届三中全会后,原子能院贯彻“保军转民”方针,在优先保证军用的前提下,把工作重点转向为国民经济建设和人民生活服务方面。“一堆一器”为我国同位素生产和应用、核电起步和发展、核科学?#38469;?#30340;发展作出了重要贡献。

    到目前为止,人类发现的上千个人工放射?#38498;?#32032;中,由中国人发现的屈指可数,但我国著名核化学和放射化学家肖伦先生是个“异数”。

    在反应堆建成两个月后,肖伦带领科技人员奋力攻关,生产出33种放射性同位素,开创?#23435;?#22269;生产、应用放射?#38498;?#32032;的新纪元,结束?#23435;?#22269;不能生产人工放射性同位素的历史。

    利用回旋加速器,科研人员研制了57Co、109Cd、67Ga等多种缺中子同位素,可生产300多种同位素产品,出口30多个国家和地区;开展了大量探测器计量刻度工作。

    在我国核电起步和发展中,1978年,原子能院建成我国第一座元件材?#20808;仁遥?#20026;开展核电站燃料元件?#23433;?#26009;辐照后性能检验及研究提供了重要?#38469;?#25163;段;1986年圆满完成秦山核电站一期压水堆核燃料组件多次入堆考验任务;1991年为秦山核电站的首次启动,研制生产?#25628;?#27700;堆核心部件——中子源棒(又称“点火棒?#20445;?#22635;补?#23435;?#22269;在该领域的空白,为我国核电起步作出历史性贡献。

    根据核电厂操纵员执照资格审查委员会要求,除了考核内容和成绩要求,操纵员?#36129;?#39035;有300小时运行和10?#25105;?#19978;开停反应堆的经历。这?#38498;说?#21378;,特别是新建核电厂来说是不现实的。为此,101堆又承担了秦山二期、三期、田湾核电厂等多批次的操作员和其他人员的操作培训。

    万钢评价,在101重水研究堆建成后二十年间,工作人员遵循学习消化、掌握应用、改造创新的方针,把101堆完全“吃透?#20445;?#24182;先后对堆的设备、系统、操作、管理?#30830;?#38754;进行了大?#32771;际?#25913;进,扩大了反应堆用途,实现了“一堆多用”?#21208;輟?/p>

    从?#38469;?#24341;进到出口“中国方案”

    上世纪70年代初期,在运行二十年后,101堆设备出现老化现象。冷却剂在堆内通道发生“漏流?#20445;?#21453;应堆被迫降功率至3MW运行。按照业内说法,反应堆寿期将至。另一方面,反应堆用户,特别是放射性同位素生产用户,对扩大放射性同位素产量、增加?#20998;幀?#25913;善质量有着强烈需求,而反应堆的中子注?#26607;?#21644;辐照孔道却不能很好满足需要。

    如果勉强维持,可能导致反应堆被迫关闭,给科研和生产造成巨大损失;如果主动改造,或许可以换来新生,但?#35759;?#21516;样很大,特别是在具有强放射性现场施工,设备和人身的安全保障?#35759;?#26356;大。

    1972年,几经权衡,原子能院正式?#24179;?#21453;应堆改建。

    更换反应堆内壳是改建中的最大难点,也是改建成败的关键。

    内壳活性区是反应堆心脏,旧内壳是一个直径1.5米、高8.5米、壁厚只有8毫米的桶形铝合金容器。由于反应堆内壳放射?#38498;?#22823;,吊取操作必须一次成功;重水冷却回路的工艺房间的辐射场最强,如果不采取有效防护措施,每人每天只能在现场工作十几分钟,每天需要调动数十人。

    为解决这些问题,改建团队采取了对回路系统进行化学去污、用铁?#25353;?#23545;局部放射性热点进行屏蔽、使用遥控操作的电动砂轮切割机和自动?#23500;燃?#39033;措施,使回路改建施工只用了十余人,就提前完成了施工计划。

    1980年,101堆完成以更换改造堆芯和重水冷却系统为重点的一期改建工程。改建后的反应堆额定功率提高到10MW,加强功率达15MW,最大热中子注?#26607;?#25552;高到1.3倍,辐照管道增加了2.6倍。改建延长了反应堆的使用寿命,经费投入却只有一个反应堆新建费用的十分之一。

    101堆的成功改建在国内外引起强烈反响。美国核管会高级专家曾评价,改建是你们反应堆的?#26223;粒?#20063;是中国的?#26223;痢?985年,101重水研究堆改建工程获国家科技进步一等奖。

    此外,101堆还为我国第一个大型核设施出口工程——871工程(即援助阿尔及利亚建造15MW多用?#23616;?#27700;研究堆——比林堆),成功提供了全?#20934;际?#21644;经验,并发挥了参照堆作用。

    万钢回忆,当时设计重任由谁来承担,存在很多争议。有人认为原子能院是一个研究院,不具备设计资格和设计能力。但原子能院熟悉101重水研究堆的历史和现?#30679;?#20855;?#20889;?#20462;改建实践经验。中核总领导权衡后,确定原子能院为援建阿重水研究堆反应堆工艺设?#39057;?#20301;。原子能院及时组建了871工程处,将分散在各研究室的设计人员集中起来,开展重水研究堆工艺设?#39057;?#24037;作。

    在这项工程中,原子能院除承担反应堆工艺设计,还负责调?#38498;图际?#22521;训。

    虽然是以改建后的101堆为参照堆,但通过改进,比林堆功?#26102;?#21442;照堆功率提高了50%,额定功率达到15MW,从?#38469;?#19978;彻底解决了101堆改建前曾出现的反应堆冷却剂“漏流”问题。

    1992年,871工程竣工。工程为我国赢得了良好的国际信誉,被誉为“南南合作”的典范,并于1995年获得国家科技进步一等奖。

    从边缘到国际舞台的中央

    以第一座重水反应堆为起点,1964年,原子能院自主建成我国第一座游泳池式反应堆(49-2堆)。这是我国自主设计建造的第一座反应堆,至今已安全运行50余年,主要用于医用、工业用同位素生产,材料辐照考验,单晶硅辐照嬗变等。2017年12月,49-2堆成功实现连续供热168小时,目前泳池堆供热示范工程已经全面启动。

    1984年,原子能院自主建成我国第一座微型中子源反应堆(原型微堆),随后相继在国内建造了5座,并出口了5座。2017年8月,原子能院圆满完成加纳微堆?#22242;?#21270;改造,实现了习近平主席在2016年华盛顿核安全峰会上提出的“加纳模式?#20445;?#20026;世界防核扩散事业作出积极贡献。

    2010年,原子能院自主研发设计建成一座多用途、高性能研究堆——中国先进研究堆,其主要?#38469;踔副?#23621;世界前列、亚洲第一,为我国核科学研究和开发应用提供了重要的科学实验平台。该堆于2012年3月实现满功?#35797;?#34892;;2017年首次产生冷中子束流,束流?#20998;?#36798;国际先进水平。

    2010年,原子能院建成我国首座快堆——中国实验快堆。中国实验快堆的建成标志着我国在占领核能?#38469;?#21046;高点、建立可?#20013;?#21457;展的先进核能系?#25104;下?#20986;了重要一步。2010年,中国实验快堆临界入选中国十大科技进展和国内十大科技新闻。目前,国家重大工程项目——600MW示范快堆已于2017年12月土建开工,原子能院负责核岛主工艺及相关辅助系?#25104;?#35745;。

    从第一台回旋加速器出发,1963年,原子能院建成2.5MeV质子静电加速器,为?#23435;?#29702;研究工作创造了良好条件。

    1987年,北京HI-13串列静电加速器在原子能院建成。目前串列加速器已稳定运行超过10万小时,为我国低能?#23435;?#29702;发展作出了重要贡献。

    1994年,原子能院研制成功30MeV强流质子回旋加速器,该加速器每年供束时间约5000小时。?#28304;?#20026;基础,原子能院建设?#23435;?#22269;第一个中短寿命放射性同位素生产基地,填补?#23435;?#22269;加速器生产同位素的空白。该?#24405;?#34987;评为1996年全国十大科?#38469;录?/p>

    2007年,原子能院自主设计研制我国首台高能大功?#23454;?#23376;辐照加速器——10MeV/15kW电子直线辐照加速器,已累计稳定运行超过31000小时。2018年5月,该院无损检测电子直线加速器首次出口,实现中核集团加速器海外市场零突破。

    2014年,原子能院自主研?#39057;?00MeV强流质子回旋加速器建成出束,成为国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器。“能量最高质子回旋加速器首次出束”入选2014年中国十大科技进展。

    万钢说,以“一堆一器”为牵引,原子能院目前形成了?#23435;?#29702;、核化学与放射化学、反应堆工程?#38469;酢?#21152;速器?#38469;酢?#26680;电子与探测?#38469;酢?#21516;位素?#38469;酢?#36752;射防护?#38469;?#21644;放射性计量八大学科。

    “一堆一器”建成后,为我国核科学?#38469;?#21019;新发?#21476;?#20859;和输送了大批人才。在国务院和中央军委表彰的“两弹一星”功勋?#38381;?#33719;得者中,于敏、王淦昌、邓稼先、朱光亚、?#36335;?#20801;、钱三强、彭桓武7人曾在原子能院建立功勋;先后有67位院士在原子能院工作过;上万名各类科技人才从这里走向全国核科技领域;先后派生或援建了中国工程物理研究院、中科院高能物理研究所、兰州近代物理研究所、中国辐射防护研究院等14个单位。为此,原子能院被誉为“中国核科学?#38469;?#30340;发祥地”“中国核工业的摇篮”、核工业人才的“老母鸡”。

    60年来,原子能院围绕堆、器开展了大量卓有成效的工作,据统计,共获国家?#30563;?#21169;153项,省?#32771;督?#21169;1647项。其中直接由堆、器产生的国家?#30563;?#21169;12项,省?#32771;督?#21169;170项。

    谈及未来,万钢表示,原子能院将以中国实验快堆、中国先进研究堆、核燃料后处理放化实验设施、串列加速器升级工程以及国家级(部委级)创新中心和重点实验室为科技创新平台,全方位打造世界先进水平的核科技研究基地。目前原子能院正在申请两大国际中心:国际研究堆中心、核?#38469;?#24212;用中心。

    “我们已从国际舞台的边?#24213;?#21040;中央。”在万钢看来,上世纪五十年代的中国,?#20849;?#20855;备自己建设反应堆的条件,如果当时不从苏联引进重水研究堆,肯定要经过更加漫长的时间才能跨入原子能时代。尽管如此,我国科研人员并没?#24515;?#23432;成规、一成不变、?#20849;?#19981;前,而是敢想、敢改、敢做,最终走出了一条真正属于自己的创新之路。而这,既是国家唯一的基础性、综合?#38498;?#31185;研基地的使命,也是“一堆一器”开启的国家责任担当。

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    责任编辑:符雪苑
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