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

——探訪中國原子能科學研究院池式供暖反應堆

“科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂。”“創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力。”“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)聵的時代強音昭示我們，必須牽住科技創(chuàng)新這個“牛鼻子”，走好科技創(chuàng)新這步“先手棋”。

新中國70年來的發(fā)展實踐雄辯地證明，推進科技創(chuàng)新必須堅持自立更生和對外開放相統(tǒng)一，在擴大科技領域對外開放的同時，清醒地認識到重大科技創(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。

本報自今日起推出“前沿科創(chuàng)調研行”系列報道，聚焦中國科技工作者在重大前沿科技領域的創(chuàng)新實踐。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，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國的鏗鏘腳步。

——編者

不知何時起，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“標配”。據統(tǒng)計，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4億噸標準煤，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，成為一項重大而緊迫的任務。

近年來，核能作為一種清潔、高效的能源在供暖中的價值受到很多業(yè)內人士空前重視和社會輿論的廣泛關注。核能供暖究竟是如何實現(xiàn)的?技術成熟嗎?安全性到底如何?經濟性怎樣?帶著這些疑問，筆者近日前往中國原子能科學研究院，探訪成功完成核能供暖實驗的泳池式核反應堆——“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，路兩旁的樹木隨風搖擺，枯葉飛舞。11月中旬的北京雖然在時令上剛入冬不久，但是一場寒流到來，氣溫直線下降，跌破冰點。

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，之后向南進入六環(huán)越過小清河。起伏的遠山終于清晰起來。剛駛下六環(huán)不遠，就看到路邊標有“中國原子能科學研究院”字樣的交通指示牌，繼續(xù)開行約10分鐘，導航系統(tǒng)提示我們，此行的目的地——中國原子能科學研究院到了。

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

中國原子能科學研究院建成于1950年，應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驗，創(chuàng)造出了中國核領域多項“第一”：第一座反應堆、第一臺加速器、第一臺中子晶體譜儀等。這里因此被譽為中國核工業(yè)的“搖籃”。

早晨9時已是工作時間，院內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。沿著路前行到一個丁字路口，一抬頭，只見一座高聳的冷卻塔矗立在不遠處，其頂部散發(fā)的水蒸氣隨風緩緩飄散。

在工作人員的帶領下，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，我們的核反應堆就在里面。”張亞東介紹說。在他的引導下，我們進入通往反應堆樓房的入口處，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，認真核對每名來訪者的信息。張亞東介紹說，這里的監(jiān)控攝像頭功能強大，甚至能捕捉來訪者細微表情變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常，比如變得憤怒、猙獰，就會立刻報警。我們通過審查和安檢之后，終于進入“49-2”堆的樓前。

華麗轉身 使命光榮

步入樓內，首先映入眼簾的是門廊設置的一組展板，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，在北京西南燕山腳下的大石河河灘掀起了建設熱潮。幾年后，一座先進的核科研平臺建成并投入使用。1964年12月20日，中國完全自主設計、建造的第一座反應堆‘49-2’堆首次達到臨界。”張亞東介紹起來如數家珍。他說，“49-2”被譽為“功勛堆”，為材料輻照和核潛艇研發(fā)打下堅實的基礎。

如今，“49-2”堆承擔多項功能，包括同位素生產、核電廠儀器儀表考驗、結構材料、燃料的輻照考驗。“除此之外，‘49-2’堆還有一項重要使命：進行核能供暖演示驗證。”張亞東說。

2017年3月，有關方面明確由中國原子能科學研究院牽頭，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“49-2”池式反應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，為研究院內兩座辦公樓及“49-2”堆廠房供熱。當年11月28日，改造后的“49-2”堆實現(xiàn)安全供熱168小時，標志著中國利用核能替代傳統(tǒng)燃煤進行供熱取得重大進展。

以“49-2”堆供熱實驗取得成功為契機，中國核工業(yè)集團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堆“燕龍”，這是目前世界在研最大的供熱核反應堆，每年可替代32萬噸燃煤，減少煙塵排放3200噸，灰渣10萬噸，采暖價與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相當。

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

多重防護 安全無虞

走過門廊，進入一個大廳，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，安放“49-2”堆的水池是一個橫截面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，高度達兩層樓。

穿過大廳，沿樓梯拾級而上，到達第三層。那里是一個套間，進門的外間是小展廳，陳列著改造后的“49-2”堆模型，里間是反應堆主控室。在小展廳內，張亞東結合模型向我們介紹反應堆的構造和運行原理。他說，“49-2”堆主要由堆芯、堆池、冷卻回路、控制系統(tǒng)等組成。堆芯是核燃料產生能量的地方，控制棒驅動機構操控著反應堆的起、停和功率。堆芯完全浸沒于水池中，堆芯內的核燃料發(fā)生裂變，池內的水一方面充當冷卻劑降低溫度，另一方面能夠屏蔽中子，保證了安全性。即使發(fā)生事故，堆芯也不會暴露，不會導致放射性物質泄漏，確保安全。張亞東強調，核能供熱的安全性還體現(xiàn)在熱量傳遞的三個回路設計上：第一回路把反應堆里的熱量帶出來，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，之后通過公共熱網進入千家萬戶。“3個回路之間，只傳遞熱量不傳遞介質，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。這些食指粗細的燃料棒長半米多，內部填充著鈾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，控制柜上是反應堆各個環(huán)節(jié)的調節(jié)開關、參數儀表和控制屏。2名班組人員坐在電腦監(jiān)視器和反應堆控制系統(tǒng)前，實時監(jiān)測各項數據。張亞東告訴我們，由于泳池式反應堆結構簡單，僅需要少量人員就可完成運行控制、安全監(jiān)控、指揮調度和應急處置等日常工作。

從主控室出來，我們實地參觀了改造后的“49-2”堆第二回路管道。它位于一層緊鄰堆池后面一個10來平方米的房間內，經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。張亞東結合現(xiàn)場設施，介紹水在回路中循環(huán)情況，特別結合換熱器的位置講解熱量物理傳導過程和確保安全的措施。

探訪結束了，離開反應堆大樓，一陣凜冽的風吹過，頓覺寒意逼人，我下意識地裹緊了大衣。生產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，運行半個世紀的中國“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，讓人們在嚴冬里感受溫暖的同時，看到更藍的天。(記者 田姬熔 張保淑)

關鍵詞： 功勛堆