王大中,中国科学院院士,国际著名核能科学家、教育家。曾任全国政协常委,清华大学核能所所长,核研院院长、总工程师,清华大学校长等职务。现任国家战略咨询与综合评审委员会委员,国家核安全专家委员会资深委员。两次获国家科技进步奖一等奖,2021年11月获2020年度国家最高科学技术奖。
“200号”,是清华大学核能与新能源技术研究院(核研院)当年建设屏蔽试验堆时在校内基建项目的工程编号,也是清华师生和同行们习惯的对核研院的代称。作为高校最大的实体研究院和我国最早建立的核能研究基地之一,它见证了国际著名核能科学家、教育家王大中带领团队实现我国以固有安全为主要特征的先进核能技术从“跟跑”“并跑”到“领跑”世界的整体发展过程。作为一名战略科学家,王大中是高瞻远瞩、一生为核的爱国者,是敢为人先、勇攀高峰的开拓者,还是甘为人梯、严谨谦和的引路者。在60余年核能科学与工程领域的研究和教学工作中,王大中参与设计建造了屏蔽试验反应堆,主持研发建设了5兆瓦低温核供热实验堆和10兆瓦高温气冷实验堆,并积极推动低温堆和高温堆等先进反应堆的应用,为促进国家科技进步作出了卓越贡献。2021年11月3日,在2020年度国家科学技术奖励大会上,王大中被授予国家最高科学技术奖。对于这份沉甸甸的荣誉,王大中说:“它属于集体,属于所有知难而进、众志成城的‘200号’人,也属于所有爱国奉献、努力拼搏的科技工作者。”
“科技创新是我们最主要的爱国方式”——高瞻远瞩、一生为核的爱国者
作为国家能源安全及战略威慑力量的基础,核能是当今世界高度敏感、高度垄断、战略必争的高技术领域,是大国实力的重要标志。1955年我国政府作出了开发核能的战略部署。1956年,为了发展国家原子能事业,清华大学成立了工程物理系,从学校各系抽调了一批成绩优异的在校生转入工程物理系,王大中就在其中。一次偶然的机会,王大中看到一部介绍苏联建成世界第一个试验核电站——奥布灵斯克核电站的科教片,尽管那座核电站功率只有5000千瓦,但原子核裂变释出的巨大能量,以及在那厚厚的混凝土墙和自动开启的铸铁门后面的核反应堆,都给他留下了强烈的印象。于是在高年级分专业时,他毫不犹豫地选择了反应堆工程专业。从此,王大中的求索之路与我国的核能事业紧紧联系在一起。
1958年,清华大学瞄准国家战略需求,提出自行设计和建造一座功率为2000千瓦的屏蔽试验反应堆的建议,得到国家批准,一群平均年龄仅23岁半的清华师生担起了建堆的重任,刚刚毕业留校工作的王大中就是其中一员。1960年,他们来到北京市昌平区燕山脚下开启了艰难的建堆之路。据王大中回忆,各国对反应堆的研究实施保密封锁,他们谁也没有见过反应堆。如何自力更生发展自己的核力量?“200号”团队发出了铮铮誓言:“建堆报国”“用我们的双手开创祖国原子能事业的春天!”
1964年秋,“200号”团队迎来了丰收季。我国第一座自行设计、建造的核反应堆——清华大学屏蔽试验反应堆在他们手中成功建成。作为其中的骨干成员,王大中从反应堆物理设计,到反应堆零功率物理实验,再到反应堆热工水力学设计与实验,从做模型、挖地基、搬砖头,到调试运行等工作中脱颖而出,逐渐成长为具有工程实践经验和战略思维的青年佼佼者。
1979年,美国三哩岛核电站发生堆芯融化事故,使世界核能发展陷入低谷。王大中敏锐地意识到,安全是核能发展的生命线。1981年至1982年,王大中赴德留学,师从“球床堆之父”苏尔登教授,他前瞻性地选择了“模块式高温气冷堆”这个新概念作为研究方向。其核心是要通过模块式设计使反应堆具有“固有安全性”,从根本上杜绝发生堆芯熔毁的可能。“他的这种战略眼光有时候近乎神奇。”王大中的学生、清华大学核研院现任院长张作义如此形容恩师的远见卓识和魄力,“21世纪后,模块式高温气冷堆才被国际核能界公认为第四代先进核能技术的代表,而老师在十几年前就认定了这个方向”。
从1985年开始,王大中主持低温核供热堆研发。在总体方案的选择上,他带领团队反复研究和论证,最后确定选择壳式一体化自然循环水冷堆,并计划先建设一座5兆瓦低温核供热实验堆。实践证明,这个方案具有很强的技术前瞻性。如今,一体化自然循环已成为21世纪以来国际上小型轻水核反应堆发展的热点技术方向之一,在小型核能发电、核能供热、海水淡化等方面具有广阔的应用前景。
时隔三哩岛核事故发生7年后,苏联切尔诺贝利发生了震惊世界的严重核事故,全球核能发展再次陷入低潮。此时的王大中更加坚定了研发更加安全的先进反应堆技术的决心。在国家“863”高技术计划支持下,由王大中带队,于20世纪80年代后期开启、1992年立项、2000年建成的10兆瓦高温气冷实验堆,是世界首座模块式球床高温气冷堆,它的建成标志着我国掌握了模块式球床高温气冷堆的关键核心技术。
王大中曾说,他几十年的科研生涯主要就是建了三个核反应堆——参与建设屏蔽试验反应堆,主持研发建设5兆瓦低温核供热实验堆和10兆瓦高温气冷实验堆。这三个核反应堆,是我国核能科技创新发展的三个标志性成就;这三个核反应堆的发展史,是王大中从反应堆专业青年学子到核能技术领军人物的成长史,更是一代代“200号”人爱国奉献、矢志报国的奋斗史。爱国情是炽烈的,更是具体的,那就是为了国家的需要、人民的事业,去知难而进。对此,王大中坚定地说,目前,我国正处在最好的发展时期,所有科技工作者都要自觉地为科技自立自强作贡献,责无旁贷,科技创新是我们最主要的爱国方式。
王大中(中)等在清华大学10兆瓦高温气冷实验堆临界现场。
“跳起来摘果子,才能有创造性”——敢为人先、勇攀高峰的开拓者
核能的发现不仅给人类带来了清洁高效的新能源,也给世界带来了极具摧毁力的武器、带来了核事故的风险。如何保证核能安全利用,一直是一个世界性难题。早在1956年,美国著名核科学家爱德华•泰勒就指出:要使公众接受核能,反应堆的安全必须是“固有安全的”,这是核能安全的最高目标。他提出:只有抽出所有控制棒而堆芯不熔毁,设计才是足够安全的。但这只是一个梦想,在实际核能技术上一直未能实现。
这一世界难题的破解,得益于王大中及其团队以实现反应堆固有安全为学术理念,通过关键核心技术攻关,小规模试验核反应堆建设,到工业规模示范电站建设,全过程的核能技术创新实践,使中国乃至世界核能技术发展取得了突破性进展。
1985年,王大中主持国家“七五”重点科技攻关项目“5兆瓦低温核供热堆研究”,1986年开工建堆,1989年11月首次临界运行成功。随后,3个冬季供热运行累计8174小时,供热可利用率达到99%。这是世界上首座一体化自然循环水冷堆,也是世界上首次采用新型水力驱动控制棒的反应堆。该成果得到世界广泛赞誉。国际原子能机构认为,“这是中国对世界核能的重要贡献,该堆充分利用了非能动安全设计,具有非常高的安全裕度,达到了很高的可靠性和可利用率”。时任联邦德国总理科尔的核能总顾问弗莱厄博士在贺电中称,“这不仅在世界核供热反应堆的发展方面是一个重要的里程碑,同时在解决中国以及其他很多国家存在的污染问题方面也是一个重要的里程碑”。
“要善于把握技术发展方向,选好技术方案和项目目标,在目标定位上要‘跳起来摘果子’,取度合适,才能实现勇于创新与务实求真的结合。”对于科技创新,王大中说,“跳起来的意思就是说你要随便就摸到了,那等于是你没有创造性,跳起来摸高的意思是你一定要出一些新东西”。
1986年,我国制定面向高科技前沿领域的国家“863”高技术计划,选定在生物、信息、能源等7个领域实施。王大中作为能源领域首席专家参加了能源领域发展规划制定。1987年2月,“863”计划正式启动,在“863”计划的支持下,王大中带领团队开启了高温气冷堆的研究。球形核燃料元件、燃料球流动特性、氦技术及氦设备……该堆研发工作中每一项关键技术都是重点难点,都需要潜心攻关。
锲而不舍,金石可镂。在王大中带领团队陆续突破相关8项关键技术后,1992年国务院批准立项,在清华大学核研院建一座10兆瓦高温气冷实验堆,项目于1995年动工,2000年建成,2003年并网发电。2005年7月,在10兆瓦高温气冷实验堆进行了泰勒设想的抽出所有控制棒且叠加不紧急停堆的实验,成功验证了高温堆的固有安全性,这在世界上尚属首次。美国《Wired》杂志称其是“一种固有安全的核能系统,达到了当今世界核能安全的最高水平”。按照国际原子能机构的分类标准,王大中领导发展的低温堆和高温气冷堆,让中国成功地占据了世界核能安全领域制高点。
成绩面前永不止步,王大中带领团队在“跳起来摘果子”的道路上不断挑战新高度。在10兆瓦高温气冷实验堆基础上,王大中提出要实现实验反应堆向工业规模原型堆的跨越,实现我国先进核能技术的跨越发展。
2006年,“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列为国家16个科技重大专项之一。高温气冷堆核电站是其中一个分项,其核心工程目标是在山东荣成石岛湾建设一座电功率为200兆瓦的高温气冷堆核电站示范工程。这是王大中亲身经历的第四座反应堆,他的学生张作义被任命为重大专项总设计师。美国核学会前主席、麻省理工学院安德鲁•卡达克教授曾于2014年来到现场,参观了正在建设的高温气冷堆示范工程后感叹:“中国毫无疑问是全球高温气冷堆的领跑者,而且在未来很长一段时间,中国将继续引领世界。”
2021年9月12日9时35分,石岛湾高温气冷堆核电站示范工程的机组首次达到临界状态,正式进入持续核反应状态。12月20日,石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。这是全球首个并网发电的模块式高温气冷堆核电项目,标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。“我国这项重大科研成果从理论到实验,再到应用,王大中院士作出了极为重要的贡献。”清华大学核研院研究人员说。
艰难困苦,玉汝于成。从核能领域的“跟跑者”到“领跑者”,凝聚了王大中等清华大学核研院数百名科学家的心血。“为了建成高温堆,许多同志从青年干到中年,从中年干到退休,他们几乎把毕生精力都贡献给了研究与开发高温堆的事业。正是这种持之以恒、数十年磨一剑的精神才是我们实现自主创新的制胜法宝。”王大中说。
“要沉下心去,耐得住寂寞”——甘为人梯、严谨谦和的引路者
王大中不仅是成绩斐然的科学家,也是卓有建树的教育家。1994年至2003年,在清华大学校长任上,他带领学校领导班子提出“综合性、研究型、开放式”的办学思路,制定“三个九年、分三步走”的世界一流大学建设总体发展战略,确立了“高素质、高层次、多样化、创造性”的人才培养目标,完成了综合性学科布局。2020年是“三个九年、分三步走”总体发展战略的收官之年,清华大学总体办学实力和国际声誉显著提高。
这样一位高瞻远瞩的战略科学家、教育家,在日常工作生活中却十分“接地气”。王大中身边的人,对他最多的评价都是耐心谦和、低调朴素、务实严谨。从清华大学自动化系毕业,到核研院读博的石磊师从王大中,老师谆谆教导的一席话,至今令他记忆犹新:“核工程是一门多学科交叉的学科,学习起来是很苦的,要做好思想准备;要成为一名合格的科研人员,必须掌握多学科的知识,既要懂物理,又要懂热工,还要知道机械、材料、电气、控制等,不仅要有深厚的理论功底,还要有丰富的工程设计经验,不能纸上谈兵;这些都不是一天两天、一年两年能够学会的,需要沉下心去,耐得住寂寞,没有十年磨一剑的精神,是干不成事的。”当谈起自己的博士毕业论文,石磊回忆道,作为校长王老师每天工作非常繁忙,但当看到他修改的论文,听到他的耐心讲解,自己被深深触动,“王老师不仅从论文整体的逻辑框架、论述分析给出了具体的修改意见,而且甚至小到文字标点、图标符号的错误,都一一指了出来”。
作为一校之长,王大中因认真务实、宽厚谦和而备受师生们的爱戴。他曾把厚重的国外大学的信息资料一本本带回学校;也曾把收集到的厚厚一叠新年贺卡交给清华大学新闻中心供他们参考;他会在上下班路上,倚着自行车听普通教师向他反映系里的工作情况;也会在清晨6点多到图书馆调研,帮助学生们解决早晨进馆拥挤等问题……2003年,王大中离任。当年毕业季,清华毕业班学生强烈要求和已经离任的王大中合影。学校相关部门应毕业生的要求发出通知后,很短时间就有168个班级近5000人报名。
“王大中是实现反应堆固有安全的带头人,是清华核能团队的长期带头人,也是我们清华人熟悉和尊敬的老校长。”正如张作义所言,无论在什么岗位上,王大中始终对党和国家的事业高度负责,为核能科技创新发展呕心沥血,为国家高端人才培养尽心尽力,甘为人梯,奖掖后学,是当之无愧的优秀共产党员,堪称科学家精神的代表和科技工作者的典范。