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自主创新铸造国之重器

实习记者 赵紫原 《 中国能源报 》( 2019年05月13日   第 12 版)


从我国第一座自主设计建造的秦山核电站开始,中核集团逐渐掌握了30万、60万、100万千瓦级核电技术,“华龙一号”已成为国家名片,国家核动力研发基地一期工程全面建成,而且具备四代核电技术高温气冷堆和快堆的研发能力,依靠自主创新走向了世界核能舞台。 


红色的“八角形”装置横亘于主机大厅中央,三脚架将每个角支起,形态各异的机柜、管路满满当当围在四周,错综复杂的线圈将其连接成一个整体。“当心磁场”“当心微波”“当心高压”的安全警示标志随处可见,同样醒目的还有“科学发展上水平,聚变研究创一流”的大字横幅。这个占地几百平方米的“钢铁侠”,就是由中核集团核工业西南物理研究院(以下简称“核西物院”)研制的“人造太阳”——环流器二号A(HL—2A)装置主机。


日前,记者跟随“科幻作家走进新国企”——中核集团“人造太阳”主题活动,走进核西物院和中国核动力研究设计院(以下简称“核动力院”),近距离了解“人造太阳”与“华龙一号”背后的故事。


“人造太阳”核心部位今年底建成


太阳产生的能量来自核聚变反应,如果人类能“驾驭”核聚变反应,地球上便可拥有用之不竭的“人造太阳”能量。相关资料显示,一升海水中提取的氘,完全聚变反应可释放相当于燃烧300升汽油的能量。同时,氘氚反应产物没有放射性,也不会产生硫、氮氧化物等物质,碳排放几近为零,而且只要停电,反应堆就自动停止运行。


受控核聚变实现之日,也是人类摆脱能源危机之时,核西物院正是这项硬“核”科技的核心研究单位。


控制大厅中的中央屏幕上,显示着核聚变装置的运行图像,两侧共24个分屏显示当前实验各种参数、等离子图像以及各子系统监视图像等。核西物院工作人员介绍,环流器二号A(HL—2A)系统复杂,包含超导磁体、大功率电源、超高真空、超低温等技术,仅磁场电源就有8套。


“去年我国环流器二号A(HL—2A)加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦,等离子体中心电子温度首次达到1亿度。今年年底,装置核心部位将建成,电流有望从现有1兆安培提高到3兆安培。”核西物院院长刘永告诉记者。


环流器二号A(HL—2A)装置不断取得进步,但距离可控至少还有50年的路要走。“用什么方法加热气体,是受控热核聚变首先要解决的问题。其次,等离子体温度能上升到百万度、千万度、上亿度。但超过万度以上的气体需用极强的磁场约束超高温的等离子体,用什么材料装着‘太阳’而不会化为乌有?这些技术难度可想而知。” 刘永说。


“华龙”首堆进入调试阶段


1997年,大西南山坳的二层小楼里热闹非凡,核动力院专家们正对我国百万千瓦级核电方案的主要技术参数展开激烈讨论。21年后,彼时的“177堆芯”已化身为拥有自主知识产权的“华龙一号”。


4月28日,福清核电5号机组一回路水压试验一次成功,标志着“华龙一号”全球首堆顶住“高压”,提前50天启动冷态功能试验,由安装阶段全面转入调试阶段。


在核动力院的一处实验基地,无数钢筋围绕并支撑起一座镂空的“银塔”,明黄色的围栏将其层层包围,此“塔”便是“华龙一号”部分“非能动”安全装置的实验台。


核动力院工作人员表示:“‘华龙一号’在原有‘能动’系统基础上,引入‘非能动’安全装置。该装置的冷却水箱内有3000多吨水,事故发生时,水会在重力作用下迅速注入堆腔内冷却堆芯,反应堆余热可及时逸散,最大可能保障核安全。”


据介绍, “华龙一号”福清核电5号机组所有主设备均就位核岛,预计2020年并网发电,6号机组预计2021年并网发电。 “华龙一号”海外工程——巴基斯坦卡拉奇核电工程2号、3号机组正处于安装高峰,部分系统逐步进入调试阶段。


同时,中核集团已开启“互联网+”的核电建设“2.0时代”,在“华龙一号”设计中,将核电设计、应用软件集成与互联网相结合,建立了异地综合协同设计平台。目前,该平台与核电业主、工程采购等20余家链接,终端数量达500,可满足“华龙一号”示范工程及K2、K3项目设计与建设需要,解决了不同平台的数据传递和集成等难题,达到国际先进水平。


持续创新增实力


置身于西南大山中的核动力院职工宿舍,红砖平房的墙体坑坑洼洼,屋顶的瓦片长满了青苔,不少屋檐已经剥落,窗户油漆已斑驳。透过半掩的玻璃窗,依稀看到一张写字台和单人床,似乎默默讲述着核工业人的创业历史,讲述着核动力事业从无到有、由弱到强的过往。


上世纪中叶,第一批核动力院人聚集到今天仍以工号和代号命名的山沟里,开始了我国第一座压水型核动力反应堆的研制。改革开放初期,核动力院开展了多种新型反应堆的研究,并瞄准了被美国独家垄断的脉冲堆技术,于上世纪80年代末成功建成我国首座脉冲型反应堆,成为世界上第二个掌握该技术的国家。


40年后的今天,核动力院早已搬出大山,面貌焕然一新。进入本世纪,我国核动力技术发展迎来“黄金期”,特别是民用核动力技术领域,通过优化二代核电技术,形成了具有中国特色的二代改进型核电技术品牌。从2007年开始,特别是日本福岛核事故以后,核动力院作为主要研发单位参与了具有中国自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”的研发工作并实现了出口。


据了解,从我国第一座自主设计建造的秦山核电站开始,中核集团逐渐掌握了30万、60万、100万千瓦级核电技术,“华龙一号”已成为国家名片,国家核动力研发基地一期工程全面建成,而且具备四代核电技术高温气冷堆和快堆的研发能力,依靠自主创新走向了世界核能舞台。


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