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    六十載風雨砥礪 一甲子春華秋實——寫在“一堆一器”建成60周年之際

    2018-09-26 16:18:16 來源: 中國科技網-科技日報 作者: 董建麗 虞莉婷
    中國原子能科學研究院,反應堆,

    原子能院航拍全景圖

    1958年6月10日,我國第一臺回旋加速器調試出束

    1958年6月13日,我國第一座重水反應堆首次臨界

    北京西南郊的中國原子能科學研究院(以下簡稱原子能院)一座廠房外,靜靜矗立著一塊巨大的磁鐵,穿過錢三強先生、王淦昌先生銅像所在的一片蔥翠樹林,與之東西遙遙相望的,是一座紅色、古樸的反應堆大樓。櫛風沐雨60年,身為我國第一臺回旋加速器和第一座重水反應堆,如今,它們已成為時代的永恒見證。

    今年6月,國務院國有資產監督管理委員會首次對外發布中央企業工業文化遺產名錄,并發布核工業行業首批12項工業文化遺產。第一座重水反應堆和第一臺回旋加速器打造的“一堆一器”組合共同入選。

    1958年9月27日,“一堆一器”開啟了我國原子能時代。1984年、2007年,回旋加速器、重水反應堆先后完成歷史使命,光榮退役。

    站在“一堆一器”建成60周年的時間點上回望,原子能院院長萬鋼評價,從基礎研究到“兩彈一艇”技術攻關,再到和平利用原子能,“一堆一器”為原子能院、為中國核事業的發展作出了不可磨滅的歷史貢獻。紀念“一堆一器”建成60周年,不僅因為它們是我國核科技發展的象征,還因為其蘊藏的豐富精神和文化內涵在今天仍有借鑒意義。

    從零起步到原子能時代開啟

    1950年5月19日,中國科學院近代物理研究所(中國原子能科學研究院前身)成立,錢三強任副所長。

    雖然是剛成立的基礎研究機構,但錢三強卻大膽設想,要將近代物理研究所建設成世界一流的核物理研究所。

    如何才能迎頭趕上?他提出,應從基礎研究抓起。但當時條件困難,研究人員極少,沒有必要的設備,連一臺回旋加速器也沒有,西方國家對我國實行封鎖……

    當時前蘇聯在自然科學研究方面重視基礎研究,并將核理論研究與應用研究緊密結合起來,于1949年爆炸了第一個核裝置。

    他們是如何發展的?錢三強萌生了考察蘇聯科學院的想法。

    在中蘇兩黨、兩國關系“蜜月期”,1953年2月24日,以錢三強為團長的蘇聯考察團搭乘中蘇國際列車,沿西伯利亞鐵路前往莫斯科。

    但在蘇方最初安排的日程里,并沒有參觀原子能研究機構這一項。錢三強認為不能沒有,于是通過駐蘇大使并經中央領導批準后,直接向蘇方提出,希望增加參觀原子核物理方面的研究機構和設備。

    按照蘇聯科學院的安排,在杜布納新建的原子核基礎研究實驗中心,考察團參觀了680MeV環形加速器和相關實驗室。

    在交談中,錢三強問:“新中國成立后,中國共產黨十分重視發展科學技術,提出要迎頭趕上的口號。在原子核物理方面,我們需要一臺回旋加速器和一座研究用核反應堆。不知道蘇聯能否在這方面給予幫助。”

    陪同參觀的實驗物理學家、蘇聯科學院院士、宇宙線和高能物理專家斯柯別里岑回答:“對開展核物理研究和有關的實驗研究來說,它們是不可少的。你們想從蘇聯引進回旋加速器,我想問題不大……關于反應堆,這需要政府間達成協議。因為這涉及核燃料,而核燃料是國家嚴格控制的。”

    近兩年后這項工作被加速。

    1955年1月15日,黨中央作出了大力發展中國原子能事業的戰略決策,同年4月,中國政府代表團與蘇聯政府簽訂了《關于為國民經濟發展需要利用原子能的協定》(以下簡稱《協定》)。這意味著在核科學領域,蘇聯方面將向我國提供一座7000千瓦的重水型實驗性反應堆和一臺直徑1.2米的回旋加速器,并接受我國工程技術和科研人員去蘇聯考察學習反應堆和加速器的理論、運行、維修,以及在這些設備上進行科學研究的有關技術工作。

    《協定》一簽訂,中共中央政治局會議便做出決定,在國家建設委員會成立建筑技術局。7月1日,建筑技術局成立,任務是籌建原子反應堆和加速器等重大科學工程。

    身為第一副局長,錢三強上任后的第一項工作是為反應堆和加速器安家。根據勘察結果,北京西南郊房山坨里地區被選定為新的研究基地,也就是今天原子能院所在地。

    在建設新基地的同時,原子能科學技術人才的選拔與培養也在緊鑼密鼓進行。1955年秋冬,錢三強擔任團長,率領39名科技人員組成考察學習團,分兩批赴莫斯科,在蘇聯理論與實驗物理研究所(當時稱“熱工研究所”)等單位實習,他們的主要任務是在回旋加速器和實驗性重水反應堆上實習,以便回國后參加蘇聯援建設備的安裝、調試、運行和利用。

    1956年5月26日,蘇聯援建的“一堆一器”開工興建。短短兩年多,昔日的荒灘野嶺間出現了一座原子科學城,成為我國第一個比較完整的、綜合性的原子核科學技術研究基地。

    1958年6月,喜報接踵而至:10日,我國第一臺回旋加速器第一次得到質子束并且到達內靶;13日18時40分,我國第一座重水反應堆首次達臨界。7月1日,《人民日報》一版刊登消息,稱“它們的建成標志著我國已經開始跨進了原子能時代”。

    1958年9月27日,國務院在中國科學院原子能研究所(原子能院前身)舉行隆重的移交生產典禮。國務院副總理、國家驗收委員會主任聶榮臻簽字驗收,國務院副總理兼外交部長陳毅元帥剪彩。

    從這一天開始,我國原子能科學發展步入新征程。

    從軍到民的核科學研究能力提升

    核科技的發展離不開反應堆、加速器等重大設施。當今世界核科技水平的表現形式,集中體現在反應堆、加速器的先進程度。

    “一堆一器”建成后,我國核科學研究的技術裝備和實驗手段有了顯著提升。

    圍繞“一堆一器”,原子能院開展了核裂變測量、核數據測量、核反應研究等大量工作。其中最突出的是根據國防事業需要,積極開展科技攻關,為“兩彈一艇”成功研制作出了歷史性貢獻。

    在第一顆原子彈研制方面,重水堆提供了裝料和裝料的關鍵數據,研制了點火中子源,突破了钚生產堆燃料組件等關鍵技術。在第一顆氫彈研制方面,“一堆一器”完成了為氫彈技術路線選擇起到“定向”作用的輕核反應關鍵數據研究,為攻克氫彈材料氚的生產工藝提供了重要依據。

    1960年4月,以重水反應堆為基礎,建成了“東風3號”零功率反應堆,專門用于核潛艇堆模擬實驗,并提供了第一批實驗數據。此后,“一堆一器”還提供了第一艘核潛艇的啟動中子源,完成第一個船用動力堆初步設計,完成了核潛艇堆物理、熱工水力、燃料元件、壓力容器等研究與試驗,為1971年我國首艘核潛艇的下水作出了貢獻。

    在人造衛星和洲際導彈方面,“一堆一器”也作出了重要貢獻:為人造地球衛星上天的材料性能和導航設備陀螺儀提供關鍵數據;為武器、導彈、衛星研究用的元件和部件進行質子束輻照考驗;為衛星地面測試裝置生產千居里級的釙-210熱源。

    十一屆三中全會后,原子能院貫徹“保軍轉民”方針,在優先保證軍用的前提下,把工作重點轉向為國民經濟建設和人民生活服務方面。“一堆一器”為我國同位素生產和應用、核電起步和發展、核科學技術的發展作出了重要貢獻。

    到目前為止,人類發現的上千個人工放射性核素中,由中國人發現的屈指可數,但我國著名核化學和放射化學家肖倫先生是個“異數”。

    在反應堆建成兩個月后,肖倫帶領科技人員奮力攻關,生產出33種放射性同位素,開創了我國生產、應用放射性核素的新紀元,結束了我國不能生產人工放射性同位素的歷史。

    利用回旋加速器,科研人員研制了57Co、109Cd、67Ga等多種缺中子同位素,可生產300多種同位素產品,出口30多個國家和地區;開展了大量探測器計量刻度工作。

    在我國核電起步和發展中,1978年,原子能院建成我國第一座元件材料熱室,為開展核電站燃料元件及材料輻照后性能檢驗及研究提供了重要技術手段;1986年圓滿完成秦山核電站一期壓水堆核燃料組件多次入堆考驗任務;1991年為秦山核電站的首次啟動,研制生產了壓水堆核心部件——中子源棒(又稱“點火棒”),填補了我國在該領域的空白,為我國核電起步作出歷史性貢獻。

    根據核電廠操縱員執照資格審查委員會要求,除了考核內容和成績要求,操縱員還必須有300小時運行和10次以上開停反應堆的經歷。這對核電廠,特別是新建核電廠來說是不現實的。為此,101堆又承擔了秦山二期、三期、田灣核電廠等多批次的操作員和其他人員的操作培訓。

    萬鋼評價,在101重水研究堆建成后二十年間,工作人員遵循學習消化、掌握應用、改造創新的方針,把101堆完全“吃透”,并先后對堆的設備、系統、操作、管理等方面進行了大量技術改進,擴大了反應堆用途,實現了“一堆多用”目標。

    從技術引進到出口“中國方案”

    上世紀70年代初期,在運行二十年后,101堆設備出現老化現象。冷卻劑在堆內通道發生“漏流”,反應堆被迫降功率至3MW運行。按照業內說法,反應堆壽期將至。另一方面,反應堆用戶,特別是放射性同位素生產用戶,對擴大放射性同位素產量、增加品種、改善質量有著強烈需求,而反應堆的中子注量率和輻照孔道卻不能很好滿足需要。

    如果勉強維持,可能導致反應堆被迫關閉,給科研和生產造成巨大損失;如果主動改造,或許可以換來新生,但難度同樣很大,特別是在具有強放射性現場施工,設備和人身的安全保障難度更大。

    1972年,幾經權衡,原子能院正式推進反應堆改建。

    更換反應堆內殼是改建中的最大難點,也是改建成敗的關鍵。

    內殼活性區是反應堆心臟,舊內殼是一個直徑1.5米、高8.5米、壁厚只有8毫米的桶形鋁合金容器。由于反應堆內殼放射性很大,吊取操作必須一次成功;重水冷卻回路的工藝房間的輻射場最強,如果不采取有效防護措施,每人每天只能在現場工作十幾分鐘,每天需要調動數十人。

    為解決這些問題,改建團隊采取了對回路系統進行化學去污、用鐵砂袋對局部放射性熱點進行屏蔽、使用遙控操作的電動砂輪切割機和自動焊機等幾項措施,使回路改建施工只用了十余人,就提前完成了施工計劃。

    1980年,101堆完成以更換改造堆芯和重水冷卻系統為重點的一期改建工程。改建后的反應堆額定功率提高到10MW,加強功率達15MW,最大熱中子注量率提高到1.3倍,輻照管道增加了2.6倍。改建延長了反應堆的使用壽命,經費投入卻只有一個反應堆新建費用的十分之一。

    101堆的成功改建在國內外引起強烈反響。美國核管會高級專家曾評價,改建是你們反應堆的驕傲,也是中國的驕傲。1985年,101重水研究堆改建工程獲國家科技進步一等獎。

    此外,101堆還為我國第一個大型核設施出口工程——871工程(即援助阿爾及利亞建造15MW多用途重水研究堆——比林堆),成功提供了全套技術和經驗,并發揮了參照堆作用。

    萬鋼回憶,當時設計重任由誰來承擔,存在很多爭議。有人認為原子能院是一個研究院,不具備設計資格和設計能力。但原子能院熟悉101重水研究堆的歷史和現狀,具有大修改建實踐經驗。中核總領導權衡后,確定原子能院為援建阿重水研究堆反應堆工藝設計單位。原子能院及時組建了871工程處,將分散在各研究室的設計人員集中起來,開展重水研究堆工藝設計等工作。

    在這項工程中,原子能院除承擔反應堆工藝設計,還負責調試和技術培訓。

    雖然是以改建后的101堆為參照堆,但通過改進,比林堆功率比參照堆功率提高了50%,額定功率達到15MW,從技術上徹底解決了101堆改建前曾出現的反應堆冷卻劑“漏流”問題。

    1992年,871工程竣工。工程為我國贏得了良好的國際信譽,被譽為“南南合作”的典范,并于1995年獲得國家科技進步一等獎。

    從邊緣到國際舞臺的中央

    以第一座重水反應堆為起點,1964年,原子能院自主建成我國第一座游泳池式反應堆(49-2堆)。這是我國自主設計建造的第一座反應堆,至今已安全運行50余年,主要用于醫用、工業用同位素生產,材料輻照考驗,單晶硅輻照嬗變等。2017年12月,49-2堆成功實現連續供熱168小時,目前泳池堆供熱示范工程已經全面啟動。

    1984年,原子能院自主建成我國第一座微型中子源反應堆(原型微堆),隨后相繼在國內建造了5座,并出口了5座。2017年8月,原子能院圓滿完成加納微堆低濃化改造,實現了習近平主席在2016年華盛頓核安全峰會上提出的“加納模式”,為世界防核擴散事業作出積極貢獻。

    2010年,原子能院自主研發設計建成一座多用途、高性能研究堆——中國先進研究堆,其主要技術指標居世界前列、亞洲第一,為我國核科學研究和開發應用提供了重要的科學實驗平臺。該堆于2012年3月實現滿功率運行;2017年首次產生冷中子束流,束流品質達國際先進水平。

    2010年,原子能院建成我國首座快堆——中國實驗快堆。中國實驗快堆的建成標志著我國在占領核能技術制高點、建立可持續發展的先進核能系統上邁出了重要一步。2010年,中國實驗快堆臨界入選中國十大科技進展和國內十大科技新聞。目前,國家重大工程項目——600MW示范快堆已于2017年12月土建開工,原子能院負責核島主工藝及相關輔助系統設計。

    從第一臺回旋加速器出發,1963年,原子能院建成2.5MeV質子靜電加速器,為核物理研究工作創造了良好條件。

    1987年,北京HI-13串列靜電加速器在原子能院建成。目前串列加速器已穩定運行超過10萬小時,為我國低能核物理發展作出了重要貢獻。

    1994年,原子能院研制成功30MeV強流質子回旋加速器,該加速器每年供束時間約5000小時。以此為基礎,原子能院建設了我國第一個中短壽命放射性同位素生產基地,填補了我國加速器生產同位素的空白。該事件被評為1996年全國十大科技事件。

    2007年,原子能院自主設計研制我國首臺高能大功率電子輻照加速器——10MeV/15kW電子直線輻照加速器,已累計穩定運行超過31000小時。2018年5月,該院無損檢測電子直線加速器首次出口,實現中核集團加速器海外市場零突破。

    2014年,原子能院自主研制的100MeV強流質子回旋加速器建成出束,成為國際上最大的緊湊型強流質子回旋加速器。“能量最高質子回旋加速器首次出束”入選2014年中國十大科技進展。

    萬鋼說,以“一堆一器”為牽引,原子能院目前形成了核物理、核化學與放射化學、反應堆工程技術、加速器技術、核電子與探測技術、同位素技術、輻射防護技術和放射性計量八大學科。

    “一堆一器”建成后,為我國核科學技術創新發展培養和輸送了大批人才。在國務院和中央軍委表彰的“兩彈一星”功勛獎章獲得者中,于敏、王淦昌、鄧稼先、朱光亞、陳芳允、錢三強、彭桓武7人曾在原子能院建立功勛;先后有67位院士在原子能院工作過;上萬名各類科技人才從這里走向全國核科技領域;先后派生或援建了中國工程物理研究院、中科院高能物理研究所、蘭州近代物理研究所、中國輻射防護研究院等14個單位。為此,原子能院被譽為“中國核科學技術的發祥地”“中國核工業的搖籃”、核工業人才的“老母雞”。

    60年來,原子能院圍繞堆、器開展了大量卓有成效的工作,據統計,共獲國家級獎勵153項,省部級獎勵1647項。其中直接由堆、器產生的國家級獎勵12項,省部級獎勵170項。

    談及未來,萬鋼表示,原子能院將以中國實驗快堆、中國先進研究堆、核燃料后處理放化實驗設施、串列加速器升級工程以及國家級(部委級)創新中心和重點實驗室為科技創新平臺,全方位打造世界先進水平的核科技研究基地。目前原子能院正在申請兩大國際中心:國際研究堆中心、核技術應用中心。

    “我們已從國際舞臺的邊緣走到中央。”在萬鋼看來,上世紀五十年代的中國,還不具備自己建設反應堆的條件,如果當時不從蘇聯引進重水研究堆,肯定要經過更加漫長的時間才能跨入原子能時代。盡管如此,我國科研人員并沒有墨守成規、一成不變、止步不前,而是敢想、敢改、敢做,最終走出了一條真正屬于自己的創新之路。而這,既是國家唯一的基礎性、綜合性核科研基地的使命,也是“一堆一器”開啟的國家責任擔當。

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    責任編輯:符雪苑
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