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研究型大学 创新的重要源泉

——清华大学核研院10兆瓦高温气冷堆实现满功率的启示

光明日报 2003-03-06

本报记者 高晓明  通讯员 路露

  高温气冷堆示范工程的建成并实现满功率运行,使我国跨入反应堆研发领域的国际先进行列,并为此领域储备了宝贵的人才资源,这是一项令人振奋的重大科技成果,也充分显示了高等学校在解决国民经济和社会发展重大问题上的科技创新能力。近年来,包括清华大学在内的若干所高校正在努力开展创建世界一流大学的各项工作,积极探索有效机制,进行高等学校的科技创新,加强产学研合作,推动各项工作和科技成果转化以及高新技术的产业化,为科教兴国战略的实施作出应有的贡献。

  改革开放以来,尤其是科教兴国和可持续发展战略的实施,我国的科技教育事业取得了举世瞩目的成就,为高等教育进一步发展奠定了良好的基础,在创建研究型大学方面迈出了实质性的步伐,取得了良好的成就。清华大学的这项成果展示就是一个典型的例证和良好的缩影。在科技部整个大的国家科技体系下,教育系统正在认真研究并积极探索构建高校科技创新体系,推进研究型大学的形成和发展以及创新体制,为创建世界一流大学做好制度的保障。而研究型大学除了培养一流人才,取得原创性的基础研究成果之外,也必须加强同经济的结合,承担对国家有重大影响的重大科研项目,为国家的富强和民族的振兴作出历史性的贡献。正是在这样的大背景下,本刊采写了这篇报道,以期为致力于建设研究型大学的各高校提供一个可资借鉴的样板。——编者

  江泽民同志指出:“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺的不竭动力。”创新同样是科学技术进步的灵魂和发展的动力,而高等学校尤其是像清华大学这样正在创建世界一流的研究型大学正是国家科技创新的重要源泉。近日,清华核能技术设计研究院自主建成的世界上第一座模块化球床高温气冷反应堆——10兆瓦高温气冷实验堆,成功实现72小时连续满功率并网发电运行就是科技创新的一个范例,它证明我国高校能够——

  勇挑重担,以自身强大的创新能力解决国民经济和社会发展重大问题

  清华核研院是以核能技术研究为主的多学科综合性研究院,早在上世纪60年代创业初期就建成了我国自行设计建造的第一座反应堆——清华大学屏蔽试验反应堆,并完成了“溶剂萃取法核燃料后处理”研究;80年代末建成了世界上第一座“一体化自然循环壳式”低温核供热堆,使我国在低温核供热领域跨入世界先进行列;近年来又在分离法处理高放废液和钴-60辐射成像集装箱检测系统的研究与开发方面,取得了多项具有世界先进水平的重大成果。

  能源与环境问题,是当今世界关注的焦点。1986年,我国863计划开始启动,在能源领域把先进反应堆作为重要的研究方向列入计划,由清华大学核研院负责承担的高温气冷堆是其中之一。10兆瓦高温气冷堆是个处于世界核能领域前沿的项目,具有安全性好、发电效率高、用途广的突出优点。因此,模块化球床高温气冷堆被国际核能界认为是在2010年前后可以开发利用的先进反应堆。

  通过高温气冷堆项目,核研院在核能领域实现了十六大报告提出的“在关键领域和若干科技发展前沿掌握核心技术和拥有一批知识产权”这一目标。他们研发的脉冲气动式球形燃料元件排出装置和高温堆全数字化仪控保护系统,以及采用陶瓷轴承和特殊润滑材料的氦风机、模块单元化的直流蒸发器、连接反应堆压力壳和蒸发器压力壳的热气导管等,都是高温气冷堆的关键技术或设备,又都有各自的创新点。其中脉冲气动式球形燃料元件排出装置利用脉冲气流实现了燃料元件从卸料管中单列化排出,取代了国外球床高温气冷堆采用的机械式单列化排出装置,克服了发生机械故障和带放射性检修操作的难题,大大提高了装卸燃料的可靠性。

  制造成包覆颗粒球形燃料元件是高温气冷堆的核心技术。刚刚立项时,摆在面前的问题是:到底是买俄罗斯的元件,还是由我们自己生产出元件来?经过多次分析讨论,大家决定还是自己干,因为自己干才能掌握这项核心技术,而且我们已经有了良好的工作基础。以后又有一个问题摆在他们面前:要不要买德国的know how?又经过反复讨论,大家觉得买要花国家的好多外汇,而且买回来不一定能用,因为我们各方面的条件与德国的有很大的不同。他们下决心自己把燃料元件做出来,当然这需要顶着很大的压力,冒着很大的风险。经过多年的努力,他们终于通过在引进建立起目前世界上唯一一条球形燃料元件生产线的基础上,实现了掌握这项技术的目标。

  反应堆运行研究室承担的是调试任务,他们是一支以年轻人为主的队伍,经验不多,人手很少,连“一个萝卜顶一个坑”都做不到。许多系统和设备亟待改进。有的系统如燃耗测量系统、氦气分析系统,调试中发现不能满足要求;有的系统如氦气净化系统,本来是交钥匙工程,但由于种种原因成了影响调试的“拦路虎”。该室的同志不是去追究责任,而是咬紧牙关主动接过来。因为他们知道,这些新技术难度是很大的,我们还不了解,不熟悉,未掌握,追究责任解决不了这些问题。大家团结一致,边干边学,通过调研,请教,摸索,实干,克服了一个又一个困难,解决了一个又一个技术难题,不仅圆满地完成了调试任务,而且熟练地掌握了这些新技术,出现了一批各个领域中的专家。可以说,高温气冷项目充分体现了核研院也是清华的特色——

  凭借人才群体优势创新,并在创新中打造高精尖人才队伍

  现代工程技术性的科学研究是综合性的项目,覆盖了许多学科许多专业,涉及到众多的人力和物力。高温气冷堆从单项研究到工程实验,从设计、加工到建造、安装、调试,涉及到一大批学科,一大批科研力量。多年来,核研院培养、聚集了一批高水平的核能研究方面的专家,清华大学校长王大中院士就是从核研院走上校领导岗位的,80年代末,他就领导核研院奠定了10兆瓦高温气冷堆的先进技术路线,并开展了初步设计。同时,该院还有一大批思想觉悟高、业务素质好并富有经验的老教师和思想活跃、创新意识强的青年教师和一大批研究生作为科研的生力军,正是这支有着强烈的爱国精神、创新精神和团队精神的优良传统的战斗力强、凝聚力强、有强烈进取心的科技攻坚队伍,成为保证完成任务的主要优势和条件。

  在这支队伍中,最突出的代表就是10兆瓦高温气冷实验堆技术负责人吴宗鑫教授和项目负责人徐元辉教授。吴宗鑫紧紧抓住科技创新和拥有自主知识产权这两个核心,亲自带领科技人员对各个关键技术逐一攻关,他对每个关键数据、每张关键图纸都亲自审核。在调试阶段,他全身心地扑在现场,领着大家解决一个又一个难题。他还特别强调系统集成,把各项创新的技术成果变成一项有应用前景的工程技术。徐元辉十年如一日,在工程管理中呕心沥血,他一方面抓好队伍和组织机构,让每一个人都知道要干什么,为什么要干,怎么干,让各个组织机构既分工明确,又互相协调,另一方面抓好质量控制、经费控制和进度控制,保证了高质量地如期完成任务。

  高温气冷堆项目也成为年轻人经受锻炼、迅速成长的舞台。高温堆建成了,一大批年轻人也成长起来了。

  掌握高温气冷堆的核心技术并做到创新,不是一天两天、一年两年的事,而是个“十年磨一剑”的长期积累过程。急功近利、浮躁虚华在这里行不通,要耐得住寂寞,要坚韧不拔,厚积薄发。核研院的教职工为了攻下10兆瓦高温气冷堆这个难关,实验一做再做,设计一改再改,加工制造一丝不苟,安装调试精益求精。

  球形燃料元件是典型的高技术,其制造过程十分复杂,技术要求十分严格,先把核燃料制成直径0.5毫米的核芯,再在其周围依次包上三层不同致密度的碳和一层碳化硅,形成直径1毫米的包覆颗粒,而后再把8千个包覆颗粒弥散在石墨中,制成直径6厘米的燃料元件球,前后有二十几道工序,半成品、成品检验的性能指标达34项,只要有一项性能不合格,这一批产品就不能出厂。其中关键的包覆颗粒制造不合格率要求小于万分之一,可以说它是高新技术的结晶。核研院负责燃料元件研制的教职工兢兢业业地进行科学研究,花了十几年的心血,从实验室研究,到生产规模试验,到正式生产,最后批量制造出高水平的高温气冷堆所需要的球形燃料元件,质量达到最先进的德国后期制造水平。

  “研究型大学既是国家重要的高质量人才培养和高水平科学研究的基地,也是一个国家经济起飞的‘智力库’和‘推动器’”。高温气冷堆一批创新技术的实现,要靠关键设备和系统的设计、加工与制造,这些既要依靠我国的制造业,又会推动我国的制造业。例如,具有创新性的燃料元件装卸系统、氦风机、直流蒸发器、热气导管等以及主体设备反应堆压力壳等,都是我国自己加工制造的。核研院在建设高温气冷堆的过程中,与全国几十个单位和企业进行了密切的合作。通过项目的实施,使一些企业积累了高温气冷堆设备和系统制造的生产经验和能力,使我国成为世界上为数很少几个掌握了高温气冷堆技术的国家,从而提高了制造业的水平。

反应堆主控制室

安装工人与设计人员紧固压力壳法兰

核安全监督人员与工程人员关注物理起动

发电机组水蒸汽透平

反应堆压力壳

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2003-03-06]
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