扎根中国大地 走在世界核能科技创新的巅峰

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清华大学核能与新能源技术研究院院长兼总工程师 张作义(资料图)

【人物档案】张作义,清华大学研究员,博士生导师,教育部长江学者特聘教授,清华大学核能与新能源技术研究院院长兼总工程师。兼任国家科技重大专项高温气冷堆核电站总设计师, 清华大学校务委员会委员,中国核学会常务理事,国家核电自主化专家组成员。

【名词释义】高温气冷堆,是指用气体作冷却剂,出口温度高的核反应堆,是目前世界最安全的核反应堆堆型之一。由清华自主研发、我国具有完全自主知识产权的高温气冷堆是国际公认的第四代先进核能系统,具有安全性好、堆芯不会融毁及温度高、用途多等优势。

在北京昌平南口的燕山脚下,有一座普通的院子。作为清华大学核能与新能源技术研究院基地,这座别称“200号”,“年龄”超过半个世纪的小院,孕育着世界上最先进的核技术,也记述下清华大学核能与新能源技术研究院院长兼总工程师张作义带领团队埋头苦干、让中国高温气冷堆技术从跟踪、自主创新、跨越,到走到世界前列的重要历程。

60万千瓦高温气冷堆核电站技术方案发布 “跟跑”变“领跑”

早在福岛事故之前的2004年,美国《连线》杂志即发表文章说:“当所有核组织正把全部努力放在安全缓解措施时,在两个遥远地方的科学家正在开发一种更好的反应堆。一个在南非,另一个在中国。”文中所说“更好的反应堆”便是清华大学核研究院负责的国家重大科技专项——高温气冷堆项目;而那群研究者的领头人,便是张作义。

12月21日,60万千瓦高温气冷堆核电站技术方案在清华大学发布。此次发布的方案,是在2012年山东荣成开工建设的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站示范工程基础上设计的,具有同样的固有安全性、同样的主设备设计和同样的运行参数。该项目标志着我国高温气冷堆技术从“863”时期的“跟跑”位置,到示范工程阶段的“领跑”位置,正式跨入商用阶段。建成后将成为国际首个商用高温气冷堆核电站。

国家重大科技专项高温气冷堆核电站示范工程总设计师张作义在介绍该项目的重大意义时表示,除了能够有效提升整个核电站的经济性外,高温气冷堆在燃煤替代、热电联产、核能制氢等方面有更广阔的前景,同时,它也是我国核电走出去战略的重要力量。

总设计师的核能梦

早在1986年,国家“863”计划支持发展高温气冷反应堆,清华核研院就自主研发并建成1万千瓦高温气冷堆,掌握了自主发展高温气冷实验堆的技术基础,当时还在读研究生的张作义,就是这个优秀团队的一员。2006年,“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”作为16个重大科技专项之一被列入《国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020)》,目标是要建成世界上第一座具有自主知识产权的20万千瓦级模块式高温气冷堆商业化示范电站,张作义又被任命为“高温气冷堆核电站”专项的总设计师和专职技术责任人。自主知识产权、世界首座、示范电站——责任面前,张作义把“知难而进,众志成城”的院训当作整个团队的“精气神”,开始了漫长的攻坚之旅。

长时间枯燥的科研工作,面对重大选择时的技术决策,一次次奋力向科学高峰发起的冲击,背后支撑张作义的就是他的核能梦:让我国早日建成自主创新、安全运行的核电站!

掌握核心技术 走在世界前沿

张作义曾在《文化素质教育讲座》课程上发表了题为《走在世界核能科技创新的巅峰》的精彩演讲,他说,我们国家的产业走到今天,必须依靠科技创新在竞争力上走到世界的前列。我们下面要做的事,就是联合工业界的伙伴打造中国高端核电站的产业链。它会是世界领先的四代核电技术,也会是利用互联网+的技术,实现工业4.0。传统的核电,世界上好多国家都可以来竞争,所以中国要卖就得卖得比人家便宜。而高温气冷堆技术,我们的技术是领先的,拥有独立自主知识产权。有一个瑞士电力公司的老板就跟我说,他特别害怕我把这个四代核电卖便宜了,他说好东西一定要卖好价钱。我觉得他是对的,这就是我们下一步要做的事。

我们还有另外一个核心的技术,是核电站的心脏——主氦风机,也就是传统核电中的主泵,我国一直在心脏动力技术上有短板。这种大型高速转动机械的核心技术是轴承,传统的机械轴承是非常精密的机械,是手工试出来的,我国在这方面还有差距。但是我们利用最近30年人类在信息技术上的革命去改进传统精密机械工业,也就是采用计算机控制的电磁轴承。就像采用磁悬浮技术的高速铁路一样,大约10吨重的转子是用磁力托起来。这个技术我们清华人利用跨学科交叉把它做起来了。来自力学系、机械系、工物系等好多专业的十多个优秀毕业生组成的团队,愣是把这个10吨重的转子用磁悬浮把它给立起来,在上海已经完成了整机100小时和500小时的连续运行考验。这样大力度的交叉,我们得益于清华大学整体的科研实力,是清华核研院相比于很多世界上的研究院所具有的体制性优势。

国家的鼎力支持 + 研究者的艰苦创新 = 中国核能技术世界领先

自张作义2001年开始担任清华大学核能与新能源技术研究院院长以来,一步一步,呕心沥血。现在回顾这个过程,他认为能取得现在的成绩,首先得益于中国发展的大环境。我国在自主创新上已经能够提供甚至美国人都羡慕的支持条件,10年前上海电气正在规划新的基地和厂房,当时新建厂房的方案,就是按照能够生产高温气冷堆主要设备的能力来设计的,这对于一般的国家根本不可想象。中国的发展将会为科研工作者提供很多其他国家所没有的机会。另外,成绩的取得也得益于研究者们的艰苦创新,清华大学在我国的核事业发展中做出了突出的贡献。建设核反应堆,实现共同的固有安全梦想,需要一代又一代人的不懈努力。

“瞄准世界前沿埋头苦干。我们不能整天跟在人家后头,要抓住世界最前沿的东西。”张作义如是说。

(资料来源于光明日报、清华大学藤影荷声,中国科技网记者闫月整理)

责任编辑:闫月
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