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路风:中国核电崛起之谜——“华龙一号”的技术从何而来?
2020年3月底,由中核集团中国核电工程有限公司总承包建设的“华龙一号”首堆福清核电5号机不锈钢水池水密封试验全部完成。在新冠肺炎疫情期间,华龙一号现场在做好疫情防控工作基础上,积极推动复工复产,最终为“华龙一号”装料重大节点奠定了基础。 本文摘自北京大学路风教授的新著《新火》(中国人民大学出版社2020年3月出版)该书以实地调研为基础,结合国际主流创新理论,破解中国高铁、核电、液晶面板、数控机床的发展之谜,讲述了中国工业史上鲜为人知的历史和英雄故事。【文/ 路风】
在进入2020年之际写作本文时,我们看到的中国核电发展是以“喜剧”收场的。自2009年以来,再没有过激烈的辩论——一切等待事实的验证。在后来11年间的发展实践中,一系列因素最终使中国核电的发展回到了本来就符合技术逻辑的轨道上。从引进路线的角度看,它的失败有多个原因:高估了美国西屋的AP1000技术,无视真正的技术存在于从设计图纸到实际产品之间,而不是图纸本身;低估了中国核动力工业的技术能力,因为根本不了解中国的核动力技术基础到底在哪儿;忽视了以外国反应堆统一中国核电技术路线的政治风险;等等。
在中国核电的这场“大戏”中,公众迄今为止最不清楚的问题是“华龙一号”的技术到底从何而来。当几年前“华龙一号”刚浮出水面时,媒体还沿袭引进路线的说法,把它的两条技术路线称为“都在大亚湾核电厂M310技术的基础上发展而来”。
新华社在2019年的一篇报道中称,“1997年的一个午后,距离四川成都百余公里的山坳中,一栋两层办公楼里回荡着激烈争论的声音,二十几名科研人员在此讨论着中国自主百万千瓦级核电方案的主要技术参数。他们也许很难想象,彼时种下的‘种子’,在二十余年后开花结果,化身为‘华龙一号’,这一我国具有自主知识产权的第三代核电技术成果”。
该报道在后面暗示那个“山坳”就是中国核动力研究设计院的地方,也提到当时秦山核电站的二期主体工程正在建设,还提到那次讨论创新性地提出了“177堆芯”的概念。但是,类似这样的报道仍然没有解释清楚“华龙一号”的技术来源及其与引进技术的关系。
本文力图回答这个问题:“华龙一号”的设计基础是秦山二期核电站,而开发秦山二期核电机组的技术能力起源于中国开发核潜艇动力堆的过程。
一
“华龙一号”的设计基础是秦山二期核电站。上文(《新火》第二章上篇)讲述了这个核电站的来龙去脉以及中国核动力研究设计院参加投标和开发的过程,这里不再重复(尽管上文过于简要)。
核动力院在秦山二期中标并非偶然,完全是凭技术实力赢得的。这种实力不但来自建造核潜艇陆上模式堆、高通量工程试验堆这样的国家项目,而且来自开拓核动力市场以及为核电建设提供技术支援的经验,更来自在长期技术研发中形成的创造性。
图为第一代核潜艇陆上模式堆厂房
在“军转民”的困难时期,核动力院仍然保持着技术研发的“冲动”,在国家下马的项目基础上建成了乏燃料堆(岷江堆),以利用高通量堆使用过的乏燃料。更典型的项目是被称为核动力院“第三个里程碑”的脉冲堆,它的上马过程完全是自下而上推动的。
脉冲堆是使用铀氢锆燃料元件、具有脉冲运行能力的小型池式试验堆(热中子反应堆)。1957年,美国通用原子公司(Gulf General Atomic Corporation)开发出世界上第一个脉冲堆,一直独家垄断技术和市场。1975年,核动力院的技术人员从报刊上获得脉冲堆的信息后,开始研究并向院里提出建堆的建议。1979年4月,核动力院把研究人员提出的概念设计方案上报二机部。虽然很快得到批准,但它只是一个没有列入国家计划、没有经费的项目,只能靠院里东拼西凑地自筹资金。
1991年1月,我国第一座脉冲反应堆建成
1981年担任脉冲堆研制组技术负责人的夏祥贵,在项目一度因人员调走、经费减少而前景黯淡的条件下,坚持了整整10年。脉冲堆的特性主要取决于其特殊的燃料元件,承担开发燃料元件任务的四所是一支吃苦耐劳的队伍。经过几年的努力,课题组用自己独创的氢化工艺实现了渗氢,于1988年4—9月正式生产铀氢锆燃料元件。为了省钱,从1986年4月开始正式安装的脉冲堆建在一个废弃的厂房。
现场总指挥李达忠对当年最深的回忆就是“真是太累了”。工程组副组长丁家祥出身工人技师,1969年从上海调到909基地。他在上海时参加过中国自主开发的第一台12.5千瓦双水内冷汽轮发电机组的建设,到四川夹江后又参加了陆上模式堆和高通量堆的建设。他在工作中从来都自己动手,因长期劳累患上劳累型心脏病。1990年7月22日,中国脉冲堆首次达到临界。在举行建成庆典的时候,总设计师夏祥贵却因操劳过度住进了医院。
在10年的时间里,核动力院动员了几百名科技人员和技术工人,完成技术攻关和科学试验上百项,自己开发非标准仪器设备上百项,连施工也完全是自己干的。脉冲堆以独特的设计获得了国家专利,还获得了核工业科技进步一等奖和国家科学技术进步二等奖。
有意思的是,美国通用原子公司闻讯后不相信中国人能开发这种技术,认为核动力院“盗窃”了它的技术。1992年初夏,双方代表在深圳会谈。中方说明了核动力院攻克铀氢锆元件的独特工艺路线——低压渗氢(比通用原子公司的高压渗氢更为简单和先进),并向美方展示了有关低压渗氢的设备外形照片。不到一个小时,美方代表就被事实说服。谈判在友好的气氛中结束,美方还提出了合作的设想。1993年,核动力院向军方提供了一座功能更加齐全的脉冲反应堆,在中国签署禁止核武器试验条约后用于模拟核爆试验。
核动力院还是国内最早跟踪新型核电反应堆的研发组织之一。1987年,设计部总体室成立先进堆技术开发小组,提出以西屋AP600为跟踪目标,结合中国国情开发自己的先进压水堆核电站,定名为AC600。开发小组明确提出以先进堆芯、非能动安全系统和系统及设备简化三项内容作为开发重点。1989年,核动力院还与西屋公司草签了《技术合作与交流意向书》,后来因为某些政治因素未生效。1990年10月,在国际原子能机构的支持和帮助下,核动力院在四川省峨嵋山市召开先进压水堆国际会议,20多个国家、地区的专家和学者参加会议,AC600也成为在国际同行中具有一定知名度的堆型。但到1996年,核动力院关于开发AC600的“九五”规划在国家科委、国家计委和国家经贸委转了一圈之后,被决策者以“没有工程目标”为由下马。10年之后,在AP600基础上改进而来的AP1000,成为中国政府第三轮核电引进的首选堆型。
此外,按照核工业部下达的任务,1987年5月核动力院设计部还成立高温气冷堆研究小组,主要任务是调研和学习国外研究开发高温气冷堆的情况和技术特点。1995年,中核总停止了经费支持,核动力院的跟踪任务随之结束。
上述四个项目代表了核动力院在困难时期主动进行技术开发的主要努力,其中两个成功、两个失败。但失败的原因不是技术方面的,它们不同的结果似乎证明了一个规律:凡是能够按照研发组织自己的意愿坚持下去的项目就会成功,凡是仰赖于上级行政部门意志的项目就必定失败。
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- 责任编辑: 吴立群
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