在北京郊區(qū)燕山腳下，有一座核城——中國原子能科學(xué)研究院。
這里是中國原子能科學(xué)的發(fā)源地，20世紀(jì)50年代末，中國第一座重水反應(yīng)堆在這里建成。
今天，我國首座實(shí)驗(yàn)快堆矗立在核城西南角，標(biāo)志著我國第四代核反應(yīng)堆建設(shè)第一步順利完成。
牽頭建設(shè)這座實(shí)驗(yàn)快堆的總工程師是中國工程院院士、中核集團(tuán)快堆首席專家、國家能源快堆工程研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心學(xué)術(shù)委員會(huì)主任徐福。他告訴記者，我國是世界上第八個(gè)擁有第四代核反應(yīng)堆——快堆技術(shù)的國家。我國快堆工程化發(fā)展的第二步——示范快堆，作為國家核能重大科技項(xiàng)目，于2017年12月29日在福建霞浦正式開工。
許宓院士在中國實(shí)驗(yàn)快堆主控室。本文圖片均來自《文匯報(bào)》
快堆的意義何在？“最先發(fā)展增殖反應(yīng)堆的國家，將在原子能工業(yè)中獲得巨大的競爭優(yōu)勢；建成增殖反應(yīng)堆的國家，實(shí)際上就永遠(yuǎn)解決了能源問題?！笔澜缰锢韺W(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)米的這句話影響了徐福的一生。
“目前，全球已投入商業(yè)運(yùn)行的450臺(tái)核電機(jī)組，絕大部分都是第二代核電機(jī)組?！痹S宓說，“進(jìn)入新世紀(jì)，世界核能技術(shù)領(lǐng)先的國家，都在競相發(fā)展第四代核電技術(shù)?？於炎鳛榈谒拇穗姍C(jī)組，是我國發(fā)展可持續(xù)清潔能源的必然選擇。”
中國實(shí)驗(yàn)快堆
【人物簡介】
徐福1937年4月出生于江蘇揚(yáng)州，屬牛，生日為農(nóng)歷二月二十六，又稱“春耕牛”，徐福也為此而自豪，常常以“春耕牛”的名字自勉。
1961年，徐福從清華大學(xué)工程物理系畢業(yè)，進(jìn)入二機(jī)部（中國原子能科學(xué)研究院前身）北京601研究所工作。1970年，他參與了我國快堆第一臺(tái)零功率裝置“東風(fēng)六號(hào)”的啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。1971年，他奉命將家屬從北京遷往四川夾江。1995年12月，他擔(dān)任國家“863計(jì)劃”中國實(shí)驗(yàn)快堆總工程師。2011年7月，實(shí)驗(yàn)快堆成功并網(wǎng)發(fā)電。同年，74歲的他當(dāng)選為中國工程院院士。2017年，他榮獲首屆國家創(chuàng)新獎(jiǎng)?wù)隆?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
許宓寄語：“中國的發(fā)展需要快堆?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
“我們?yōu)閲医於?，是替天行道！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
徐福是中國快堆事業(yè)的開拓者和奠基者之一。
但對于大多數(shù)業(yè)外人士來說，快堆是一個(gè)完全陌生的概念。
中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）的全稱是“鈉冷快中子增殖反應(yīng)堆”。在中國實(shí)驗(yàn)快堆一樓大廳，記者看到了快堆的模型。
“實(shí)驗(yàn)快堆主容器高12米，直徑8米，中間堆芯裝有81個(gè)六邊形燃料組件，每個(gè)燃料組件內(nèi)裝有61根燃料棒，每根燃料棒還用金屬絲包裹，保證導(dǎo)熱鈉液體可以流入。”中國原子能科學(xué)研究院總工程師、研究員張東輝介紹，“如果需要更換燃料棒，快堆還能實(shí)現(xiàn)密閉換料?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
中國實(shí)驗(yàn)快堆模型
快堆控制室正面墻上，中間有兩塊大屏幕，可以顯示操作人員關(guān)心的系統(tǒng)信息。屏幕兩側(cè)的儀表顯示著整個(gè)快堆200多個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。大廳中央有兩排控制臺(tái)，分別由值班長和三名操作人員管理，可以控制反應(yīng)堆、主要子系統(tǒng)和機(jī)電設(shè)備。
快堆與第二代、第三代核電站相比有哪些優(yōu)勢？
致力于快堆研發(fā)五十年的徐福院士告訴記者，快堆有兩大特點(diǎn)：“第一，可以增殖可裂變核燃料。自然界的天然鈾中，只有鈾-235是可裂變核燃料，但其在鈾礦中的豐度只有0.7%左右，而裂變性不強(qiáng)的鈾-238卻占天然鈾的99.2%以上。在第二代、第三代壓水堆中，鈾-238不能發(fā)生裂變反應(yīng)；在快堆中，核燃料是钚和鈾-238。钚裂變釋放出的快中子會(huì)被安裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾-238吸收，鈾被收集起來，轉(zhuǎn)化為可裂變的钚。產(chǎn)生的钚比消耗的钚。裂變反應(yīng)就這樣循環(huán)往復(fù)，稱為“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”?？於延址Q“快中子增殖反應(yīng)堆”，它實(shí)際上消耗了99.2%以上的鈾-238。在快堆閉式燃料循環(huán)系統(tǒng)的支持下，它使鈾資源的利用率由壓水堆的1%左右提高到60%以上。由于利用率的提高，即使是較貧瘠的鈾礦也值得開采。這樣就不用擔(dān)心經(jīng)濟(jì)上可開采的鈾資源有限，核電的長期應(yīng)用就可以得到保障了?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
張東輝告訴記者，一座百萬千瓦壓水堆核電站在60年的壽命周期內(nèi)，約需1萬噸天然鈾作為燃料。
根據(jù)世界能源組織此前公布的數(shù)據(jù)，目前地球上的石油、天然氣、煤炭、鈾礦的儲(chǔ)量都可在100年內(nèi)開采完畢，如果快堆能將鈾資源的利用率提高60-70倍，這對國家的能源安全將是巨大的貢獻(xiàn)，也能大大減少二氧化碳的排放。
“快堆的第二個(gè)特點(diǎn)是，快堆中的快中子可以利用壓水堆乏燃料中高放射性、長壽命的次錒系核素如镎、镅等作為燃料進(jìn)行裂變，釋放熱能發(fā)電，變廢為寶。另外，壓水堆乏燃料中的長壽命裂變產(chǎn)物如碘-129、鐵氧體-99等，也可以在快堆中嬗變?yōu)橐话愕亩虊勖炎儺a(chǎn)物或穩(wěn)定同位素。因此安全的物理學(xué)家，快堆可以大大減少原本需要地質(zhì)封存的高放射性廢物的數(shù)量，降低地質(zhì)變化條件下環(huán)境放射性污染的風(fēng)險(xiǎn)。”
這讓記者恍然大悟，為什么徐院士經(jīng)常跟學(xué)生說，我們發(fā)展快堆是“替天行道”。以往的壓水堆核電站乏燃料中的钚和錒系核素（MA）要貯存300-400萬年才能達(dá)到與天然鈾一樣的低放射性水平。而快堆一般的裂變產(chǎn)物只要300-400年就能達(dá)到與天然鈾一樣的低放射性水平，大大降低了貯存的風(fēng)險(xiǎn)和成本。而且，據(jù)專家初步估計(jì)，一座焚燒快堆可以嬗變5-10座同等功率的熱堆產(chǎn)生的MA量（即支持率為5-10）。
“快堆是真正的清潔能源，以最低的環(huán)境成本幫助人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?！毙旄Ｐχf，“國家是天，人民是天，我們發(fā)展快堆，真的是為國家辦好事??！”
“在最困難的時(shí)候，我一直記得周總理特別批準(zhǔn)的50公斤鈾。”
揚(yáng)州民間有句俗語：“少壯不努力，老大難不死”。
宛平城淪陷，盧溝橋事變爆發(fā)，徐福才三個(gè)月大，中華民族處在最危險(xiǎn)的時(shí)刻。面對民族危難，他的父親徐侃給自己的長子取名“福”。“后來我父親告訴我，當(dāng)時(shí)國家正處于戰(zhàn)亂之中，錢糧匱乏，就給兒子取名‘?！扔绣X又有米，希望國家強(qiáng)大起來。”
許宓（右一）一家四口幸福美滿
“銥”在化學(xué)元素表上排在第76位。徐侃在化學(xué)方面造詣深厚，抗戰(zhàn)爆發(fā)前，他在上海水利學(xué)校當(dāng)化學(xué)教員，四個(gè)孩子都以化學(xué)元素命名，小兒子叫“銥”，大女兒叫“白金”，小女兒叫“鈾”。“我父親有三柜化學(xué)試劑和燒杯，但日軍進(jìn)攻上海時(shí)，一顆炸彈把父親的書籍和儀器全部炸毀了。”徐復(fù)說，“于是父親帶著家人逃到揚(yáng)州，當(dāng)了一名中學(xué)教師。后來日軍又占領(lǐng)了揚(yáng)州，父親怕日本人逼迫他制造炸藥，故意在大庭廣眾之下‘顫抖’，拿不住試管，就改行做了數(shù)學(xué)教師?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
但父親對化學(xué)的興趣還是在徐福心中種下了一顆種子。徐福三歲便開始向父親學(xué)習(xí)，用燒杯將水和墨水倒在一起。他清楚地記得，在沒有雪花膏的時(shí)候，父親就從鈴蘭中萃取精華，讓孩子們把干凈的雪放進(jìn)盆里，用水融化，然后制成雪花膏。
“我父親是個(gè)不平凡的人”，徐福告訴記者。1955年高考時(shí)，清華大學(xué)希望他讀工程物理，徐福認(rèn)為這是“工程”，表示不感興趣。但父親告訴他：“工程物理是為國家研究核工程，中國要是沒有核武器，就要受人欺負(fù)。”這句話點(diǎn)醒了徐福。
這一批清華本科生一共學(xué)習(xí)了6年。1961年，徐福進(jìn)入601所。當(dāng)時(shí)，601所匯集了吳有訓(xùn)、錢三強(qiáng)、王淦昌、彭煥武、朱光亞、王承書等一代領(lǐng)軍人物。徐福不僅看到他們騎著自行車上下班，還聽過他們許多教誨，深受感動(dòng)。
錢三強(qiáng)院長的辦公樓，現(xiàn)在是原子能研究院反應(yīng)堆工程研究室所在地，老建筑的韻味依然猶存。
1965年，徐福第一次聽說快堆這個(gè)國際前沿課題。3年后，他正式加入快堆研究隊(duì)伍?！?964年，我國剛剛爆炸第一顆原子彈，高濃縮鈾十分短缺，但周恩來總理仍然批準(zhǔn)了50公斤濃縮鈾，用于我國第一臺(tái)快堆零功率裝置‘東風(fēng)六號(hào)’的啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)?！毙旄８嬖V記者，“1970年6月29日晚間11點(diǎn)左右，零功率裝置達(dá)到臨界。那天我正好值班，大家都很興奮……”
雖然“零功率”不代表完全沒有功率，只是功率不足100瓦而已，但這小小的一步，卻讓快中子反應(yīng)堆在他的心臟里，繼續(xù)像中子一樣裂變、增殖，永遠(yuǎn)無法停止。
成功之路總是充滿荊棘，對國家如此，對個(gè)人亦然。1971年，命令將快堆300名科研人員從北京房山全部調(diào)往四川夾江，一干就是16年?！斑@16年，是我科研生涯中最艱苦的16年。”徐福坦言。
當(dāng)時(shí)正是文革時(shí)期，沒有任何科研項(xiàng)目，老專家戴傳曾悄悄告訴許宓：“快堆這件事你一定不能放過，要跟蹤了解一下國外快堆是怎么發(fā)展的?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
這句話撥開云霧，讓夾江山區(qū)難得見到陽光的徐?；腥淮笪?。夾江雖然沒有食堂，但好在有圖書館，對于徐福來說，圖書館是科技信息的來源，是連接北京和世界的橋梁。山里木材很多，別人沒事干，就去買木材做家具，他卻拉著核燃料元件組的同事整天泡在圖書館里研究快堆的文獻(xiàn)。在那里，徐福和同事們甚至進(jìn)行了快堆的初步理論設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)，做了一個(gè)簡易的快堆模型。
最讓徐福傷心的，不是夾江艱苦的生活條件，而是一大批同事因?yàn)楦鞣N原因離開，原有的300多人，最后只剩下108人。20世紀(jì)80年代初，徐福本人也曾有很好機(jī)會(huì)競爭國際原子能機(jī)構(gòu)的職位，但他沒有動(dòng)心。他對同事和家人說：“我們這么大的國家安全的物理學(xué)家，怎么可能沒有快堆呢？當(dāng)年我們國家科研經(jīng)費(fèi)緊張，高濃縮鈾又緊缺的時(shí)候，周恩來總理特批了50公斤高濃縮鈾給我們做實(shí)驗(yàn)。每當(dāng)想起這段往事，心里總是很沉重，如果我拿不出像樣的研究成果，我就不走?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
正是這種沉重的責(zé)任感支撐起了中國快堆。1986年春，徐福被召到北京，參與申報(bào)國家“863”高科技項(xiàng)目。徐福在介紹快堆方案時(shí)，從理論設(shè)計(jì)到工程設(shè)計(jì)，滔滔不絕，贏得了一致好評(píng)。結(jié)果，快堆被列入“863”國家科研計(jì)劃，并最終啟動(dòng)。
1987年，徐福率領(lǐng)快堆團(tuán)隊(duì)成員從夾江正式返回北京。
“我們必須確保建造一座絕對安全的快堆”
雖然快堆建設(shè)被列入國家“863”計(jì)劃，但并不意味著發(fā)展就一帆風(fēng)順。1997年，在實(shí)驗(yàn)快堆初步設(shè)計(jì)階段，一則“法國超級(jí)鳳凰快堆電站夭折”的新聞，引發(fā)一些人的質(zhì)疑：“敢在首都北京建快堆？萬一發(fā)生核事故怎么辦？”
每當(dāng)遇到質(zhì)疑和挑戰(zhàn)，徐福就上上下下、四處奔波，解答疑問、解決問題，做快堆的“科普”工作。
其實(shí)，徐福和同事之前就思考過這個(gè)問題。徐福說：“快堆的安全性一直是我們首先要解決的核心問題，早在我們在夾江的時(shí)候，我們就在研究快堆的安全性。如果出現(xiàn)意外情況，堆芯會(huì)不會(huì)燒穿？不同環(huán)境下放射性物質(zhì)會(huì)不會(huì)泄漏出去？我們的結(jié)論是，快堆在安全性方面也是核能領(lǐng)域的‘尖子生’，而我們使用的鈉冷快堆是最成熟的堆型。”
縱觀世界各地核能發(fā)展中的事故，無非三種：反應(yīng)堆無法停堆；堆芯熱量無法有效從反應(yīng)堆中排除；反應(yīng)堆泄漏的放射性物質(zhì)無法控制在電站內(nèi)部，進(jìn)入電站外的公共空間。
徐宓介紹說，“預(yù)防這類事故的發(fā)生，恰恰是快堆優(yōu)于其他類型反應(yīng)堆的地方：首先，鈉冷快堆，我們將反應(yīng)堆設(shè)計(jì)成負(fù)反饋堆芯，依靠自身溫度參數(shù)變化，可以‘自動(dòng)’降低反應(yīng)堆功率。快堆控制棒組件中的棒束相比壓水堆，下落行程更短，而由于快中子反應(yīng)的原理，一旦一根棒束掉落，就能對整個(gè)反應(yīng)堆造成停堆效應(yīng)。我們的快堆設(shè)計(jì)了三套停堆系統(tǒng)，確保反應(yīng)堆能夠順利停堆，其中一套是非能動(dòng)停堆系統(tǒng)?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
許宓院士介紹實(shí)驗(yàn)快堆特點(diǎn)
他給記者繪制了實(shí)驗(yàn)快堆示意圖并解釋道：“我們的實(shí)驗(yàn)快堆采用‘鈉-鈉-水’三回路設(shè)計(jì)。位于核島的第一回路為一體化水池結(jié)構(gòu)，水池內(nèi)裝有兩三百噸鈉液。金屬鈉常溫下是固態(tài)，但加熱到98℃就會(huì)熔化變成液態(tài)。為什么我們不用水來導(dǎo)熱，而用鈉呢？因?yàn)樗膶?dǎo)熱系數(shù)只有0.577，而鈉的導(dǎo)熱系數(shù)為71.2，鈉的導(dǎo)熱系數(shù)是水的100多倍。因?yàn)殁c的導(dǎo)熱系數(shù)這么高，會(huì)把堆芯內(nèi)的熱量迅速導(dǎo)出，不僅能最大程度地把核島的熱功率轉(zhuǎn)化為電功率，同時(shí)溫度也能得到有效控制，不會(huì)因?yàn)樯岵粫扯鵁龎亩研??！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
實(shí)驗(yàn)快堆堆芯下方為低溫鈉液，堆芯入口溫度為360℃，堆芯上方出口溫度為530℃，二回路蒸汽溫度為480℃，遠(yuǎn)低于室溫下鈉的沸點(diǎn)881.4℃，因此一回路僅需微正壓氬氣，對反應(yīng)堆容器十分安全。
實(shí)驗(yàn)快堆還采用了不依賴外部動(dòng)力或人工操作的非能動(dòng)廢熱移除系統(tǒng)，其熱交換器與空氣冷卻器相連，完全依靠自然對流和自然空氣循環(huán)移除廢熱，從根本上解決了廢熱移除問題。
許宓院士向比爾蓋茨等嘉賓介紹中國快堆
徐院士介紹我國實(shí)驗(yàn)快堆建設(shè)現(xiàn)狀
日本福島核電站重大事故的原因是海嘯摧毀了電源，導(dǎo)致無法啟動(dòng)水泵用水冷卻核反應(yīng)堆，最終導(dǎo)致堆芯熔化燒穿，引發(fā)高溫蒸汽爆炸，并導(dǎo)致放射性物質(zhì)外溢擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)快堆的非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)無需電力和人為干預(yù)，可以從根本上避免類似事故的發(fā)生。
參與設(shè)計(jì)的俄羅斯專家原本是把這套非能動(dòng)余熱抽排系統(tǒng)設(shè)置在二回路管路上，但徐福本著“以國產(chǎn)為主體、國外合作”的原則，堅(jiān)持把非能動(dòng)余熱抽排系統(tǒng)直接建設(shè)在主容器一回路內(nèi)，一旦發(fā)生故障，無需逐一手動(dòng)開啟閥門，可以保證系統(tǒng)立即啟動(dòng)并響應(yīng)。
雙方專家在談判桌上各執(zhí)一詞，互不讓步。經(jīng)過三輪談判，俄方最終接受了徐福的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，這一創(chuàng)新不僅可行，而且使安全更加可靠。張東輝說：“徐院士的方案，使我國的快堆成為世界上第一個(gè)也是唯一一個(gè)采用這種方式排出事故余熱的快堆。因此，與世界上已建成的快堆相比，它是最安全的快堆。”
在全體快堆工作者的努力下，2010年7月21日快堆首次達(dá)到臨界；2011年7月21日并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國成為世界上第八個(gè)擁有快堆技術(shù)的國家；2014年12月18日，快堆實(shí)現(xiàn)72小時(shí)滿功率運(yùn)行，反應(yīng)堆熱功率65萬千瓦，電功率20萬千瓦。
“我們的快堆是低壓系統(tǒng)，即使在最嚴(yán)重的事故情況下，安全殼內(nèi)的壓力上升也很小，更容易把放射性物質(zhì)控制在安全殼內(nèi)，防止其擴(kuò)散到廠外?！痹S宓說，“正常情況下，我們的快堆年最大放射性活度為0.05毫西弗，僅為國家標(biāo)準(zhǔn)0.25毫西弗的五分之一?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
徐福反復(fù)強(qiáng)調(diào)，實(shí)驗(yàn)快堆的建成，是全體設(shè)計(jì)、建設(shè)者共同努力的結(jié)果，該項(xiàng)研究項(xiàng)目共獲得91項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，其中包括3項(xiàng)國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，并取得80多項(xiàng)專利。
醫(yī)院全景（霍薩通 攝）
張東輝告訴記者，截至2018年底，我國共有44臺(tái)商業(yè)運(yùn)行核電機(jī)組，裝機(jī)容量4460萬千瓦，我國全年核發(fā)電量為6791.42億千瓦時(shí)，僅占全國發(fā)電量的4.22%，遠(yuǎn)低于核電在全球總發(fā)電量中占10%的平均水平，由此可見貝語網(wǎng)校，我國發(fā)展核電空間巨大。
記者筆記
我從心底里喜歡這場春雨
許宓院士接受記者采訪。（鄭煒 攝）
中國原子能研究院中心花園內(nèi)，矗立著前兩任院長錢三強(qiáng)、王淦昌的雕像，初春的陽光灑在雕像和翠柏上。
60年來，兩院60多位院士在這里做出了重要貢獻(xiàn)，他們光芒四射、令人敬畏。
徐先生年逾八旬，滿頭銀發(fā)，精神抖擻，面色紅潤，身姿挺拔，語言風(fēng)趣幽默，略帶江南腔調(diào)。聊得興致勃勃時(shí)，他便哈哈大笑；談到重要之處，便迅速在筆記本上查找關(guān)鍵數(shù)據(jù)，思路清晰。筆記本上的字跡優(yōu)雅端莊，真實(shí)體現(xiàn)了人品。
與徐先生夫婦告別后，我看到了從四川夾江帶回北京的那輛“永遠(yuǎn)”牌重型自行車，依然停在他家門外的墻邊，車上的黃色“井方山”車牌格外醒目，掰著手指頭數(shù)，徐先生已經(jīng)騎著它風(fēng)雨走過了46個(gè)春夏。
“徐先生上班時(shí)，按規(guī)定醫(yī)院應(yīng)該派車過來，但他卻堅(jiān)持騎自行車。這讓我們很擔(dān)心，因?yàn)閺纳顓^(qū)到工作區(qū)的道路狹窄，車流密集，經(jīng)常發(fā)生交通事故。”張東輝告訴記者。
徐宓在快堆為年輕研究人員授課
“他們都反對我騎自行車，”徐先生笑著說，“我80歲以后就不騎自行車了，出去買東西，就推著自行車?！?span style="display:none">cAv物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
記者本想讓徐先生拍一張他推著自行車的照片，哪想天卻下起了雨。
春雨來了，這一夜，北京胡同里的柳樹被雨水潤澤，第二天清晨，枝頭冒出了一排排嫩芽。
“春耕?！?，我從心底里喜歡這場春雨。
(原標(biāo)題：許宓院士：中國發(fā)展需要快堆 我們要建世界最安全核電站！)