“功勛堆”助力藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)(前沿科創(chuàng)調(diào)研行之核能供暖①)

——探訪中國原子能科學(xué)研究院池式供暖反應(yīng)堆

“科技是國家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂。”“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。”“抓創(chuàng)新就是抓發(fā)展，謀創(chuàng)新就是謀未來。”這些振聾發(fā)聵的時(shí)代強(qiáng)音昭示我們，必須牽住科技創(chuàng)新這個(gè)“牛鼻子”，走好科技創(chuàng)新這步“先手棋”。

新中國70年來的發(fā)展實(shí)踐雄辯地證明，推進(jìn)科技創(chuàng)新必須堅(jiān)持自立更生和對外開放相統(tǒng)一，在擴(kuò)大科技領(lǐng)域?qū)ν忾_放的同時(shí)，清醒地認(rèn)識到重大科技創(chuàng)新成果是國之重器、國之利器，必須牢牢掌握在自己手上，自力更生、自主創(chuàng)新。

本報(bào)自今日起推出“前沿科創(chuàng)調(diào)研行”系列報(bào)道，聚焦中國科技工作者在重大前沿科技領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐。我們將深入科研院所、工廠企業(yè)，現(xiàn)場感受中國科技創(chuàng)新的脈動(dòng)，見證中國前沿科技創(chuàng)新一線的感人故事，記錄中國大步邁向科技強(qiáng)國的鏗鏘腳步。

——編者

不知何時(shí)起，灰蒙蒙的天空和空氣中隱約的炭火味兒成了中國北方一些地區(qū)寒冬的“標(biāo)配”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北方建筑取暖總面積超過200億平方米，其中約83%為燃煤取暖面積，取暖耗煤每年約4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，不僅排放了大量溫室氣體，而且加劇了空氣污染。找到可替代煤炭的清潔供熱能源，成為一項(xiàng)重大而緊迫的任務(wù)。

近年來，核能作為一種清潔、高效的能源在供暖中的價(jià)值受到很多業(yè)內(nèi)人士空前重視和社會(huì)輿論的廣泛關(guān)注。核能供暖究竟是如何實(shí)現(xiàn)的?技術(shù)成熟嗎?安全性到底如何?經(jīng)濟(jì)性怎樣?帶著這些疑問，筆者近日前往中國原子能科學(xué)研究院，探訪成功完成核能供暖實(shí)驗(yàn)的泳池式核反應(yīng)堆——“49-2”堆。

偏居一隅 功勛卓著

太陽剛鉆出地平線又隱匿在陰云中，路兩旁的樹木隨風(fēng)搖擺，枯葉飛舞。11月中旬的北京雖然在時(shí)令上剛?cè)攵痪?，但是一場寒流到來，氣溫直線下降，跌破冰點(diǎn)。

我們一早駕車從北京東三環(huán)向南出發(fā)，拐入京滬高速公路，而后沿南五環(huán)路越過涼水河一路向西，之后向南進(jìn)入六環(huán)越過小清河。起伏的遠(yuǎn)山終于清晰起來。剛駛下六環(huán)不遠(yuǎn)，就看到路邊標(biāo)有“中國原子能科學(xué)研究院”字樣的交通指示牌，繼續(xù)開行約10分鐘，導(dǎo)航系統(tǒng)提示我們，此行的目的地——中國原子能科學(xué)研究院到了。

出現(xiàn)在眼前的是一座大院，其寬闊的入口分為兩個(gè)部分，右側(cè)是一排閘機(jī)，供行人刷卡出入;左側(cè)是供車輛進(jìn)出的通道，武警值守在那里，執(zhí)行嚴(yán)格安保檢查程序。在工作人員的幫助下，我們登記之后得以入內(nèi)。

中國原子能科學(xué)研究院建成于1950年，應(yīng)國家核能研究之需而生。在這里，中國一代代核科技工作者潛心研究實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造出了中國核領(lǐng)域多項(xiàng)“第一”：第一座反應(yīng)堆、第一臺加速器、第一臺中子晶體譜儀等。這里因此被譽(yù)為中國核工業(yè)的“搖籃”。

早晨9時(shí)已是工作時(shí)間，院內(nèi)的主干道上很少看到人，寬敞的院區(qū)顯得尤為空曠。除了幾幢新建筑之外，院子大多是兩三層的紅磚老樓，掩映在高高的白楊樹下，透著歲月的滄桑感。沿著路前行到一個(gè)丁字路口，一抬頭，只見一座高聳的冷卻塔矗立在不遠(yuǎn)處，其頂部散發(fā)的水蒸氣隨風(fēng)緩緩飄散。

在工作人員的帶領(lǐng)下，我們來到一座紅磚小樓前，一位身著淺灰色工裝的中年工程師迎了上來：“您好，我是‘49-2’池式供暖反應(yīng)堆主任張亞東。”

“從外表看，這與普通樓房沒什么區(qū)別，我們的核反應(yīng)堆就在里面。”張亞東介紹說。在他的引導(dǎo)下，我們進(jìn)入通往反應(yīng)堆樓房的入口處，一名武警在哨崗區(qū)的監(jiān)視器前執(zhí)勤，他緊盯著監(jiān)視器，認(rèn)真核對每名來訪者的信息。張亞東介紹說，這里的監(jiān)控?cái)z像頭功能強(qiáng)大，甚至能捕捉來訪者細(xì)微表情變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常，比如變得憤怒、猙獰，就會(huì)立刻報(bào)警。我們通過審查和安檢之后，終于進(jìn)入“49-2”堆的樓前。

華麗轉(zhuǎn)身 使命光榮

步入樓內(nèi)，首先映入眼簾的是門廊設(shè)置的一組展板，通過老照片展示“49-2”堆建造過程和發(fā)展歷史。

“毛主席當(dāng)年說，就是要一萬年，也要搞出來核潛艇!中國核能科研人員深受鼓舞和激勵(lì)，在北京西南燕山腳下的大石河河灘掀起了建設(shè)熱潮。幾年后，一座先進(jìn)的核科研平臺建成并投入使用。1964年12月20日，中國完全自主設(shè)計(jì)、建造的第一座反應(yīng)堆‘49-2’堆首次達(dá)到臨界。”張亞東介紹起來如數(shù)家珍。他說，“49-2”被譽(yù)為“功勛堆”，為材料輻照和核潛艇研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

如今，“49-2”堆承擔(dān)多項(xiàng)功能，包括同位素生產(chǎn)、核電廠儀器儀表考驗(yàn)、結(jié)構(gòu)材料、燃料的輻照考驗(yàn)。“除此之外，‘49-2’堆還有一項(xiàng)重要使命：進(jìn)行核能供暖演示驗(yàn)證。”張亞東說。

2017年3月，有關(guān)方面明確由中國原子能科學(xué)研究院牽頭，利用“49-2”堆開展池式堆城市供熱可行性研究及演示。11月，國家核安全局批準(zhǔn)“49-2”池式反應(yīng)堆低溫供熱改造方案。之后開展了供熱工況的熱工水力校核、供熱回路及其控制系統(tǒng)改造等工作，新增獨(dú)立封閉的二回路，通過二回路的二次換熱后將熱量接入供熱管網(wǎng)，為研究院內(nèi)兩座辦公樓及“49-2”堆廠房供熱。當(dāng)年11月28日，改造后的“49-2”堆實(shí)現(xiàn)安全供熱168小時(shí)，標(biāo)志著中國利用核能替代傳統(tǒng)燃煤進(jìn)行供熱取得重大進(jìn)展。

以“49-2”堆供熱實(shí)驗(yàn)取得成功為契機(jī)，中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司正式對外發(fā)布了其自主研發(fā)的400兆瓦低溫供熱核反應(yīng)堆“燕龍”，這是目前世界在研最大的供熱核反應(yīng)堆，每年可替代32萬噸燃煤，減少煙塵排放3200噸，灰渣10萬噸，采暖價(jià)與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相當(dāng)。

我們注意到，在門廊墻壁的暖氣片上掛著“核能供暖”字樣標(biāo)識，“這個(gè)暖氣片和傳統(tǒng)鍋爐供暖所用的是通用的，鍋爐和核反應(yīng)堆兩個(gè)熱源可隨時(shí)切換。”張亞東說。

多重防護(hù) 安全無虞

走過門廊，進(jìn)入一個(gè)大廳，對著門的是一堵半弧形墻體，張亞東介紹說，這是面屏蔽墻，其后就是“49-2”堆。改造后的“49-2”堆是池式供熱反應(yīng)堆，張亞東對此解釋說，所謂“池式”，顧名思義就是將堆芯放置于水池內(nèi)，安放“49-2”堆的水池是一個(gè)橫截面8平方米、深7.8米的半橢圓池。與深井池不同的是，“49-2”堆所在的池是從地平面而起建造的，高度達(dá)兩層樓。

穿過大廳，沿樓梯拾級而上，到達(dá)第三層。那里是一個(gè)套間，進(jìn)門的外間是小展廳，陳列著改造后的“49-2”堆模型，里間是反應(yīng)堆主控室。在小展廳內(nèi)，張亞東結(jié)合模型向我們介紹反應(yīng)堆的構(gòu)造和運(yùn)行原理。他說，“49-2”堆主要由堆芯、堆池、冷卻回路、控制系統(tǒng)等組成。堆芯是核燃料產(chǎn)生能量的地方，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操控著反應(yīng)堆的起、停和功率。堆芯完全浸沒于水池中，堆芯內(nèi)的核燃料發(fā)生裂變，池內(nèi)的水一方面充當(dāng)冷卻劑降低溫度，另一方面能夠屏蔽中子，保證了安全性。即使發(fā)生事故，堆芯也不會(huì)暴露，不會(huì)導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏，確保安全。張亞東強(qiáng)調(diào)，核能供熱的安全性還體現(xiàn)在熱量傳遞的三個(gè)回路設(shè)計(jì)上：第一回路把反應(yīng)堆里的熱量帶出來，通過換熱器，以物理換熱方式傳遞到第二回路，以同樣的方式再傳遞到第三回路，之后通過公共熱網(wǎng)進(jìn)入千家萬戶。“3個(gè)回路之間，只傳遞熱量不傳遞介質(zhì)，從而保障安全。”張亞東說。

展廳陳列著“49-2”堆芯模型，張亞東介紹說，堆本體高約0.8米，堆芯半米見方，中間有44個(gè)方形孔，其中插入由16或15根燃料棒組成的組件盒。這些食指粗細(xì)的燃料棒長半米多，內(nèi)部填充著鈾235，外為鋁包殼。在里間的主控室，我們看到，在約20平方米的房間里放著7臺立式控制柜，控制柜上是反應(yīng)堆各個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)開關(guān)、參數(shù)儀表和控制屏。2名班組人員坐在電腦監(jiān)視器和反應(yīng)堆控制系統(tǒng)前，實(shí)時(shí)監(jiān)測各項(xiàng)數(shù)據(jù)。張亞東告訴我們，由于泳池式反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)簡單，僅需要少量人員就可完成運(yùn)行控制、安全監(jiān)控、指揮調(diào)度和應(yīng)急處置等日常工作。

從主控室出來，我們實(shí)地參觀了改造后的“49-2”堆第二回路管道。它位于一層緊鄰堆池后面一個(gè)10來平方米的房間內(nèi)，經(jīng)過隔熱處理的管道縱橫其間，多種閥門和壓力儀表隨處可見。張亞東結(jié)合現(xiàn)場設(shè)施，介紹水在回路中循環(huán)情況，特別結(jié)合換熱器的位置講解熱量物理傳導(dǎo)過程和確保安全的措施。

探訪結(jié)束了，離開反應(yīng)堆大樓，一陣凜冽的風(fēng)吹過，頓覺寒意逼人，我下意識地裹緊了大衣。生產(chǎn)電力是民用核能傳統(tǒng)利用方式，相對而言，核能供暖則鮮為人知。在京城西南的燕山腳下，運(yùn)行半個(gè)世紀(jì)的中國“功勛堆”悄然間又立新功，圓滿完成了核能供暖演示與驗(yàn)證。我們期待，不久的將來，核能可以取代燃煤鍋爐，讓人們在嚴(yán)冬里感受溫暖的同時(shí)，看到更藍(lán)的天。(記者 田姬熔 張保淑)

關(guān)鍵詞： 功勛堆