核能“三步走”實現(xiàn)中國核能高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略藍圖

核工業(yè)是高科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是國家安全重要基石。新中國成立以來，中國核事業(yè)從無到有、持續(xù)發(fā)展，形成了完備的核工業(yè)體系，為保障能源安全、保護生態(tài)環(huán)境、提高人民生活水平、促進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展作出了重要貢獻，走出一條中國特色核安全之路。

隨著1983年“熱堆—快堆—聚變堆”核能“三步走”戰(zhàn)略的提出，40多年來，中國核工業(yè)技術水平和綜合實力躋身世界第一方陣。《中國核能發(fā)展報告2024》藍皮書顯示，截至2024年4月15日，中國在建核電機組26臺，在建總裝機容量3030萬千瓦，在建數(shù)量和裝機容量均保持世界第一。

從我國核科學技術的發(fā)祥地中國原子能科學研究院，到中國“華龍一號”研發(fā)設計牽頭單位中國核電工程有限公司，再到承擔“人造太陽”中國環(huán)流二號、三號裝置科研攻關的核工業(yè)西南物理研究院，核工業(yè)艱苦卓絕、光輝燦爛的奮斗歷史深深鐫刻。一次次的測試與探索，一代代核電人辛勤的付出，在廣袤的中國大地上，匯聚成與國家民族同頻共振的回響，迸發(fā)出中國核事業(yè)不竭的求索力量與前行動力。

“華龍一號”：核能首步的堅固基石

規(guī)劃中國核能發(fā)展的“三步走”路線圖，其核心內(nèi)容是解決中國核能可持續(xù)發(fā)展、核燃料長期安全有效供應的問題。熱堆是核能發(fā)展的第一步，主要關注的是核裂變技術的成熟應用。當前，熱堆技術相對成熟，是核能發(fā)電的主要形式，“華龍一號”便是這一階段的標志性成果之一。它不僅在技術層面取得突破，還在綠色低碳發(fā)展、能源安全等方面發(fā)揮了積極作用。

“華龍一號”作為中國自主研發(fā)的第三代核電技術，其安全性與經(jīng)濟性得到了國際社會的廣泛認可，成為中國核電“走出去”的亮麗名片?！啊A龍一號’創(chuàng)新性地采用了177組堆芯、能動與非能動結合的安全設計特征，實現(xiàn)了關鍵核心設備的自主化。”中國核電工程有限公司北京核工程研究設計院副總工程師劉詩華說。

據(jù)介紹，“華龍一號”核電技術的雙層安全殼設計能夠抵御大型飛機撞擊、17級臺風和9度地震烈度，確保了核電站在極端條件下的安全穩(wěn)定運行。同時，“華龍一號”還采用了先進的反應堆控制和安全系統(tǒng)，提高了核電站的自動化水平和運行效率。

在福建漳州，一個采用“華龍一號”技術的世界最大華龍核電基地正在加速建設中。

在位于中核集團福建漳州核電1號機組的主控室里，電子屏幕上數(shù)字閃爍，當班值長鐘蘭華密切關注著相關數(shù)字的變化。在核電行業(yè)中，操縱人員常常被稱為“黃金人”，因為我國大陸首批核電操縱人員每個人的培養(yǎng)成本，大約和與之等重的黃金價值相當。

2014年大學畢業(yè)后，鐘蘭華先后前往中國原子能研究院和福建福清核電站接受培訓，系統(tǒng)學習核電站的操作規(guī)范，并在一線崗位上工作了7年，不斷磨練實操技能。2022年6月鐘蘭華回到福建漳州核電廠，現(xiàn)已成長為漳州核電“華龍一號”的首批值長。

作為運行值長，鐘蘭華不僅要負責核電站日常的安全運行，還要確保每一個細節(jié)符合最高的安全標準。對于像他這樣的“黃金人”而言，成為一名核電站值長并非一蹴而就，而是經(jīng)過長時間的積累和嚴格的培訓。他的故事展示了中國核電人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗。

2024年9月27日，漳州核電二期工程4號機組開始澆灌核島第一罐混凝土（FCD），這是漳州核電基地第4臺“華龍一號”機組；10月12日，漳州核電1號機組開始裝載首爐核燃料，為年內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電打下堅實基礎。

在“雙碳”目標引領下，中國核電建設正在提速。近年來，中國核準了包括浙江金七門核電等多個核電項目。作為中國三代核電技術的主力堆型，設備可靠、工期可控、成本經(jīng)濟的“華龍一號”，現(xiàn)已成為全球在運在建機組總數(shù)最多的三代核電技術，標志著中國核電技術與綜合競爭力躋身世界第一方陣。

從“一堆一器”到“多堆多器”

在北京西南遠郊有一片土地，至今依然保留著上世紀50年代建造的廠房、生活區(qū)和專家樓。工作區(qū)中有一塊長超三米、高過兩米的綠色磁鐵引人注目。這就是中國第一臺回旋加速器的主磁鐵。一路之隔的花園里，立有錢三強、王淦昌兩位“兩彈一星”元勛、原子能院前任院長的雕塑。步入花園的另一側，一座式樣古樸的反應堆大樓內(nèi)，建有中國第一座重水反應堆，人們稱之為“功勛堆”。

這里，就是有著“中國核工業(yè)搖籃”之稱的中核集團中國原子能科學研究院（以下簡稱“原子能院”），也是中國第一座重水反應堆和第一臺回旋加速器（簡稱“一堆一器”）的誕生之地。

1955年，黨中央作出了大力發(fā)展中國原子能事業(yè)的戰(zhàn)略決策。從1956年5月破土動工到1958年7月完工，一座原子能科學研究基地在田野上拔地而起。

反應堆和加速器是開展原子能研究需要的重要基礎核設施，沒有這些大型核設施，所有的研究只能是紙上談兵。1958年，在蘇聯(lián)的援助下，原子能院建成“一堆一器”，標志著中國跨入原子能時代?！耙欢岩黄鳌钡穆涑桑怪袊丝茖W的研究裝備和實驗手段大幅改善。原子能院科研人員充分利用相關研究裝備產(chǎn)出了累累碩果，尤其是為“兩彈一艇”（原子彈、氫彈、核潛艇）研制建立了卓越功勛。

如今，第一座重水反應堆已經(jīng)停閉，第一臺回旋加速器也已退役，原子能院卻從“一堆一器”走向“多堆多器”，成為國內(nèi)加速器與反應堆類型最多的綜合性研發(fā)基地。在數(shù)十年的研發(fā)過程中，原子能院全面掌握了快堆技術，取得了一大批自主創(chuàng)新成果和專利，形成了完整的研發(fā)能力，并培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的技術人才隊伍。

2010年，原子能院建成中國首座快堆—中國實驗快堆。標志著中國在占領核能技術制高點、建立可持續(xù)發(fā)展的先進核能系統(tǒng)上邁出了重要一步。2011年7月，中國實驗快堆實現(xiàn)40%功率并網(wǎng)發(fā)電。2014年12月，在完成各項重要調(diào)試試驗后，實驗快堆首次實現(xiàn)了滿功率并網(wǎng)發(fā)電運行72小時。此后，接力棒便傳到了運行人員手中。由于實驗快堆即使在停堆期間，各路系統(tǒng)也要保持繼續(xù)運轉，運行人員需要24小時隨時待命。

作為第一批快堆運行操作人員，中國原子能科學研究院反應堆工程技術研究所副總工程師徐斌始終把快堆安全運行作為頭等大事。在保障一個個大型科研設施安全穩(wěn)定運行的背后，是原子能院數(shù)支團隊夜以繼日、連續(xù)作戰(zhàn)、通力協(xié)作的結果?！皩嶒灴於咽菄鴥?nèi)第一座快堆，許多經(jīng)驗都需要我們自己摸索。快堆隊伍堅持恪盡職守、謹小慎微的準則，加上年輕一代傳承主動學習、敢于擔當?shù)木?，保障了實驗快堆的長期平穩(wěn)安全運行?！?/p>

2021年，原子能院正式啟動一體化閉式循環(huán)快堆核能系統(tǒng)的研發(fā)和設計研究工作。作為中國核能發(fā)展“三步走”戰(zhàn)略第二步的高級階段和必然選擇，一體化閉式循環(huán)快堆核能系統(tǒng)將有力保障核能可持續(xù)發(fā)展，助力中國“雙碳”目標實現(xiàn)。與此同時，加速器也在不斷發(fā)展：靜電加速器、串列加速器、多能量電子直線加速器及型譜化回旋加速器不斷涌現(xiàn)，能量越來越高，型號越來越多，應用也越來越廣。

從“一堆一器”到“多堆多器”，隨著堆器事業(yè)的不斷壯大，中國實現(xiàn)從“引進來”到“走出去”的跨越。微型核反應堆多次出口，高端電子加速器揚帆海外，一系列成績標志著中國多項核電技術已從“跟跑”到“并跑”甚至“領跑”。

攜手攻關人造太陽

四川成都雙流西南航空港，坐落著中核集團核工業(yè)西南物理研究院（下稱“西物院”），這是中國最早從事核聚變能源開發(fā)的專業(yè)研究院。研究院聚變科學所那座建了22年的老樓，便是新一代人造太陽的“家”。

清晨，當陽光灑進西物院聚變科學所時，新一代人造太陽的“家”開始熱鬧起來。這里就像一個大腦的“中樞神經(jīng)”系統(tǒng)，大屏幕上的數(shù)據(jù)像一個個跳動的脈搏，坐在屏幕前，人造太陽駕駛員們操控、記錄、觀察著“中樞神經(jīng)”傳來的一串串實驗數(shù)據(jù)和圖像。

太陽的核心溫度大概在1500萬度到2000萬度，而地球上的金屬材料在1000度左右就會融化，中國的人造太陽所要做的就是在地球上建一個能夠承受住億度高溫的裝置。

1.5億攝氏度，這是新一代托卡馬克裝置設計達到的最高溫度，是太陽核心溫度的10倍，地球上沒有任何材料能經(jīng)得起這種溫度的灼燒。因此，整個托卡馬克裝置是一個“甜甜圈”狀，利用磁場將高溫離子約束在真空環(huán)境中，從而不與任何材料接觸，而真空環(huán)境外的第一道“防線”，被稱為“第一壁”。

“人類一直希望建造人造太陽，利用可控核聚變反應來獲得源源不斷的清潔能源?！蔽魑镌壕圩兛茖W所副所長季小全表示，人造太陽并不是真的造一個太陽，而是利用太陽發(fā)光發(fā)熱的核聚變原理，來解決人類能源問題?！叭藗儭焯枴淖罱K目的是通過可控核聚變，解決人類對能源的需求問題，從而造福人類。換句話說，這種以探索清潔能源為目的的可控核聚變裝置，被形象地稱為人造太陽。”

就在不久前，由科研團隊自主設計、建造的新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行。這一重大進展再次刷新中國磁約束聚變裝置運行紀錄，是中國核聚變能開發(fā)進程中的重要里程碑。談及它的成長過程，季小全表示，這是科研團隊一次次填補國內(nèi)相關領域空白、經(jīng)歷上萬次實驗的勵志故事?！拔覀円淮未斡玛J‘無人區(qū)’，大到突破關鍵技術，小到裝置的真空室、線圈系統(tǒng)、發(fā)電機組等核心設備都實現(xiàn)了自主創(chuàng)新的中國制造，靠的是整個團隊的信念?！奔拘∪f。

不斷刷新紀錄的人造太陽背后，是一支平均年齡只有33歲的科研團隊。科研總是面臨著困難和挑戰(zhàn)，回憶起和團隊并肩作戰(zhàn)的歲月，季小全感慨萬千，“在一些關鍵節(jié)點，我們團隊一些同事直接在單位吃住，一個月都沒有回過家。最后不僅完成了這些新的系統(tǒng)設備的調(diào)試控制，還實現(xiàn)了100萬安培放電目標，我們當時所有人都認為這個目標幾乎是不可能完成的。”

建造人造太陽是全人類的夢想。如今，中國已成為可控核聚變領域國際科研合作交流的熱土。2020年7月，習近平主席向國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式致賀信時指出，科學無國界，創(chuàng)新無止境。國際科技合作對于應對人類面臨的全球性挑戰(zhàn)具有重要意義。

作為一項規(guī)模僅次于國際空間站的國際大科學工程計劃，ITER計劃自1985年發(fā)起動議以來，已經(jīng)持續(xù)推進了20余年，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。作為理事會“七方”成員之一，中國與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同資助這一項目，承擔項目工程建設階段18個采購包的制造任務。2023年12月，中國環(huán)流三號宣布面向全球開放，邀請全世界的科學家來中國集智攻關，共同點亮人類未來能源的終極夢想。

中國核電工程有限公司副總工程師、核聚變工程技術中心主任賀旭霞表示，在ITER計劃執(zhí)行中，中國始終恪守國際承諾，相關企業(yè)和科研人員勇挑重擔，與國際同行齊心協(xié)力，為計劃的順利推進貢獻了中國智慧和中國力量。“開放合作源于祖國強大、民族自信，正是一代代科研人員的接續(xù)奮進，才讓中國逐漸走向世界核聚變舞臺的中心?！辟R旭霞說。

在西物院聚變科學所副所長張龍看來，ITER計劃是實現(xiàn)聚變能應用的關鍵一步，要實現(xiàn)聚變能的商用，還有很長的路要走，需要幾代核聚變?nèi)私恿Ρ寂??！拔魑镌簩⑴囵B(yǎng)并儲備一批核聚變領域年輕的技術研發(fā)人才與團隊，為人類核聚變事業(yè)貢獻中國智慧和中國力量?！?/p>

一億度的夢想，在一代又一代人的手中，不斷接力與傳承。自立自強、勇攀高峰，一代代科研工作者的精神內(nèi)核，支撐起中國人造太陽的強大內(nèi)核。作為這一裝置的“90”后駕駛員，33歲的陳逸航站在了距離夢想最近的地方?！昂司圩冄芯繚u入佳境，接力棒已經(jīng)交到我們這一代人手里。”陳逸航說，身為人造太陽團隊中的新一代，他感到無比幸運，更體會到了肩上擔負的沉甸甸的責任?！拔覀兿Ｍ尵圩儼l(fā)電率先在中國實現(xiàn)，讓第一盞聚變能源燈在中國點亮！”

從核工業(yè)“三步走”戰(zhàn)略提出至今，熱堆—快堆—聚變堆研究同步推進，核裂變、核聚變的研究與技術的應用不斷助推著經(jīng)濟社會發(fā)展與美麗中國建設。在充滿挑戰(zhàn)與希望的核工業(yè)路上，中國代代核工業(yè)人肩負起歷史使命，堅定向著建設世界核工業(yè)強國的宏偉目標邁進。