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核工业的第一 她见证我国核工业从零起步
文章来源:系统管理员 日期:2019年08月26日

  离北京核心区40多公里的西南郊,有一座因核兴建的新镇,前身是中国科学院近代物理研究所的中国原子能科学研究院就坐落在这里。在国家表彰的23位“两弹一星”功勋奖章获得者中,7位曾在这里建立功勋。

  核科技的发展离不开反应堆、加速器等大科学装置,核科技水平集中体现在反应堆、加速器的先进程度。原子能院建成后,以第一座重水反应堆和第一台回旋加速器的建成为标志,新中国进入原子能时代。原子能院在我国“两弹一艇”研制攻关中作出历史性贡献,被誉为我国核工业的“摇篮”和“老母鸡”,这里见证我国核工业从零起步的历史,也是我国“硬核”的底气开端。

  “从“一堆一器”,到多堆多器,原子能院的反应堆和加速器事业不断成长壮大,为我国核领域基础研究、先进核能开发、核技术应用拓展,乃至新时代核工业创新发展提供有力支撑。”中国原子能科学研究院党委书记万钢说。

  61年前“一堆一器”落地:开启中国原子能时代

  上世纪50年代,我国核工业可谓“一穷二白”,不光缺乏研究人员,连回旋加速器、核反应堆等必要的设备也是一样没有。没有基础设备,研究无从开展。时任中国科学院近代物理研究所副所长的钱三强提出,要发展核工业,必须从基础科研抓起。

  1955年,按照党中央“集中力量发展核事业”的指示,我国从前苏联引进一座7000千瓦重水反应堆(101堆)和一台直径1.2米的回旋加速器。1956年5月26日,重水反应堆和回旋加速器开始兴建;1958年6月10日,加速器建成调试出束;1958年6月13日,101堆首次临界。

  101堆建成后,充分发挥中国“首堆”的作用,为“两弹一艇”研制作出重大历史贡献;承担了核能领域大量开创性工作,为我国核电起步、促进国民经济发展、提高人民生活质量、保护生态环境作出重要贡献;为我国核反应堆工程培养、输送了大量技术骨干”。第一台回旋加速器建成后,为“两弹一艇”研制、国防工业和核事业发展发挥了十分重要的作用,同时也培养了我国大批回旋加速器技术人才队伍。

  2018年12月,“一堆一器”入选国家工业遗产。“我们现在是蛮有底气的。”中国核工业集团首席专家张天爵站在一块140吨重的磁铁旁,抚今追昔,颇为自信。这块磁铁是我国第一台回旋加速器的主体部件,与这块已作为工业遗址的磁铁东西相望的,是我国第一座重水反应堆。

  我国第一座实验快堆:当好四代核电“模范生”

  为了核电的安全、高效、可持续发展,我国确定了“压水堆-快堆-聚变堆”的核能发展“三步走”战略,快堆是其中的重要一环。

  因为具有良好的增殖和嬗变特性,快堆在核工业全产业链中具有非常重要的作用,是闭式燃料循环的重要环节。由于快堆中快中子具有的增殖优点,基于快堆的先进燃料循环系统可以使铀资源的利用率提高到60%-70%,从而可将人类利用核能的时间从上百年延长到数千年。快堆可以通过嬗变将一些长寿命的核素和裂变产物转变为相对短寿命的核素。研究表明,一座1GWe的快堆可以“烧掉”10座同等功率压水堆产生的长寿命次锕系核素。因此,快堆可以使核能的发展更加可持续。

  我国从上世纪六十年代就开始发展快堆技术,从上世纪九十年代开始进行工程技术研究,启动了第一座快堆——中国实验快堆的研制工作,该项目于2010年7月21日实现首次临界。2016年1月23日,实验快堆完成了长期功率运行试验任务,标志着它具备了连续稳定运行的能力。2016年9月,实验快堆竣工验收完成,标志着这一国家重大项目圆满结束,我国已经基本掌握了实验快堆技术,具备了开始大型快堆电站研究开发的基础。

  “目前,国际上掌握快堆技术的国家主要有俄罗斯、美国、法国、日本等。我们通过实验快堆项目积累了钠冷快堆的设计建造经验,未来还将通过示范快堆项目实现我国钠冷快堆技术的进一步提升。”据中国核工业集团首席专家张东辉介绍,作为当今世界上仅有的4座实验快堆之一,中国实验快堆的功能和应用范围正在扩展,显现出越来越大的作用和地位。

  我国第一座微型反应堆:践行国家承诺

  20世纪80年代初,原子能院开发、设计、建造了我国第一座小型、低功率反应堆,即原型微型中子源反应堆。微堆可以用来进行中子活化分析、放射性同位素制备,适用于反应堆技术和核物理领域的教学培训,以及进行反应堆物理相关实验及核仪器考验等。

  微堆是一种小型的、安全的、低功率的核装置,以其小型、易于操作、功率低、固有安全性好、对环境污染小、可建在大中城市人口稠密的大学及科研单位等优点,从20世纪80年代就在国内外得以迅速地推广和应用。原子能院先后设计建成9座微堆,其中5座出口国外。

  由于微堆采用高浓铀,考虑到核不扩散问题,中国正不遗余力地开展全球微堆低浓化工作。2016年,原子能院完成原型微堆低浓化改造。在华盛顿核安全峰会上,习近平主席庄严承诺中国将协助加纳完成加纳微堆低浓化改造工作,并正式提出“加纳模式”。

  2017年8月,原子能院完成加纳微堆低浓化改造,这也是成功实施的国际首座微堆低浓化改造。2018年12月6日,原子能院又圆满完成了尼日利亚微堆低浓化改造。

  中国先进研究堆:性能指标在同类反应堆中亚洲第一

  由原子能院自主设计、建造的中国先进研究堆(CARR),是一座高技术性能、安全可靠、多用途的研究堆,为我国核科学研究和开发应用提供了一个重要的科学实验平台。2010年5月,CARR实现首次临界,2012年3月安全实现首次满功率运行。它的建成是我国核科学技术研究能力的重要标志。该堆性能指标达到国际先进水平,在同类反应堆中排名亚洲第一、世界前列。

  在CARR堆芯和重水反射层内,设置了不同用途的垂直孔道和水平孔道,以及配套实验终端,可开展中子散射研究、放射性同位素辐照生产、电离辐射计量标准测试、核能开发研究、单晶硅中子掺杂及中子活化分析等核科研与应用。

  2017年10月,CARR新建冷中子源调试成功,首次产生高品质冷中子束流,标志着该堆具备了开展冷中子散射等实验的能力,为材料研究和工业应用提供了又一把利器。

  我国第一套出口的大型核设施:南南合作典范

  阿尔及利亚比林核研究中心项目是我国20世纪80年代出口的第一套大型核设施,阿尔及利亚也成为兴发娱乐187 集团“走出去”起航的地方。和平堆也是阿尔及利亚唯一一座多用途重水反应堆,主要用于基础科学研究、民用核能应用、医用同位素生产。

  1986年12月27日,中阿双方签订《重水反应堆工程合同》,为阿尔及利亚设计、建造以15MW重水研究堆(又称和平堆)为核心的比林核研究中心,原子能院是主要设计、调试单位。该堆是以我国第一座重水反应堆——101堆为原型独立设计的项目,工程始于1987年,1992年7月达到额定功率。1993年在国际原子能机构大会上,该项目被誉为“南南合作的典范”。

  升级改造后的比林和平堆,更具安全性、可靠性、先进性、经济性与现代化。数字化技术将为反应堆日后运行、应用和操作提供更加便利的人机接口,以及更加便捷的操控手段和维护性能,能够有效减少人因失误带来的风险;部分回路系统和部件的适应性改造,也为后续三期工程提供有力的技术条件。

  我国建成的当时亚洲地区能量最高的静电型加速器

  1987年8月,HI-13型串列加速器通过国家验收正式投入运行,成为当时亚洲地区能量最高的静电型加速器。1988年12月22日,HI-13串列加速器核物理实验室被正式列为国家实验室。

  30年来,HI-13型串列加速器运行12万小时,累计供束10万小时,为国内外50多个研究机构的研究工作提供了从氢到铀的60多种离子束流,在核物理基础研究、核数据测量、核物理应用和交叉学科等领域取得了丰硕的研究成果,培养了大批核科技高端人才,为我国国防建设、能源、环境、材料、生命科学等基础学科的发展提供了重要的支撑。

  我国首台自主研制的30MeV强流质子回旋加速器

  1994年,我国首台自主研制的30MeV/300~500μA强流质子回旋加速器建成。这一装置投放运行后,不仅可以向国内供应其产品,替代进口,还具备一定的出口能力,从而结束了我国不能用加速器批量生产中、短寿命放射性同位素的局面,我国第一个用加速器批量生产供应放射性同位素的基地在原子能院建立。

  原子能院仅用了进口同类装置费用的三分之一,用5年的时间缩短了与先进国家20年的差距,使我国回旋加速器研制技术达到上世纪90年代世界先进水平。该装置的建成推动了我国核医学发展,“强流质子回旋加速器及生产中短寿命放射性同位素装置建成”入选1996年“中国十大科技事件”。

  国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器

  HI-13串列加速器升级工程是原子能院承建的国家重点科技工程,其主要建设内容是在现有的HI-13串列加速器前端,新建一台100MeV强流质子回旋加速器、一台高分辨率在线同位素分离器,在后端新建一台重离子超导直线增能器。串列加速器升级工程建成后,在已有串列加速器实验室的基础上,逐步形成一器多用、多器合用、多领域、多学科的科学研究平台,将填补我国中能强流质子回旋加速器、高分辨同位素分离器和超导重离子直线加速器的空白,达到目前国际同类装置的先进水平,使我国成为少数几个拥有新一代放射性核束加速器的国家。

  2014年7月,该工程关键组成部分之一——100MeV强流质子回旋加速器建成。该加速器直是国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器,也是我国目前自主创新、自行研制的能量最高的质子回旋加速器。100MeV质子回旋加速器调试出束,标志着串列加速器升级工程建设取得阶段性的重大成果。

  2016年11月17日,100MeV质子回旋加速器开始进行首次物理实验,实现长期稳定运行且束流强度宽泛稳定,不仅能够满足航天领域抗辐射加固的需要,更填补了我国在100MeV范围内质子辐照方面的空白。

  我国第一台高能大功率电子辐照加速器

  所谓辐照,即利用高能电子束等射线照射物品,通过辐射效应达到材料改性、杀菌消毒的作用。其中电子加速器是人工射线,具有可控、能量高、辐照时间短、无核废物、不危害环境的优点,辐照加速器已广泛用于食品辐照保鲜、杀虫灭菌等方面。

  2007年,我国首台10MeV/15kW高能大功率电子辐照加速器装置建成并投入使用,这是我国首台投入商业辐照的高能大功率电子束辐照装置。“十二五”期间,原子能院成功研制出具有自主知识产权的10MeV/20kW高能大功率电子辐照加速器装置,综合性能指标达到国际先进水平。

  原子能院实现了辐照加速器工程化定型,显著提升了重大辐照装备的国产化制造能力与水平。目前,该装置已有10台投入辐射应用,实现了我国高能大功率辐照加速器从技术落后依赖进口,到替代进口领先国外的跨越。

  中国在通用核仪器领域发布的第一个国际标准

  电子加速器是核技术应用源头技术,是世界上最先进的辐射装置,是无损检查系统最复杂、最核心的设备,目前全球只有美国、德国等少数发达国家有能力制造无损检测加速器。

  无损检测电子直线加速器现在已经应用到了大型压力容器、火箭发动机、核电设备制造等领域,拥有着广阔的应用前景。

  2017年5月,由原子能院主导制定的“工业无损检测用电子直线加速器标准”由国际标准化组织正式发布。这是中国在通用核仪器领域发布的第一个国际标准,填补空白的同时,也促进了国产加速器产品在世界范围内的推广应用。在“一带一路”的战略背景下,该国际标准的发布,向世界展示了我国核技术应用领域取得的成果,可促进我国加速器产品在世界范围内的推广应用,对我国无损检测用电子直线加速器走出国门影响深远。

  2018年5月14日,由原子能院研制的、具有完全自主知识产权的6MeV双能无损检测电子直线加速器正式运往海外。这是兴发娱乐187 集团首次出口加速器高端制造设备,也是原子能院积极响应国家“一带一路”倡议、贯彻兴发娱乐187 集团“走出去”战略重要里程碑,标志着我国电子直线加速器技术已达国际领先水平。

  

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