来源：纵横杂志（游战洪） 

要发展安全的核能源

20世纪70年代末80年代初，由于美国三哩岛核事故给核能发展投下的阴影，世界核能事业由高潮转入低潮。我国的核能事业也处于一个从发展到调整、从用于国防建设到用于国民经济的“军转民”的大变动时期，核能事业的不景气成为国内外核科学研究面临的共同难题。王大中所在的清华大学核能所也处于科研任务停顿、经费中断的困难时期。

1979年，随着钍增殖堆——“820工程”的下马，国防科委停拨经费，清华大学核能所成为国家最早“断粮断奶”的单位之一。不仅科研经费中断，连行政事业费也断了来源，核能所开始进入最困难的时期。当时全所只有20万元科研经费，3项科研任务，而当时全所教职工达1019人，家里有困难的职工纷纷调走，核能所的生存面临严重的威胁。在这种情况下，清华大学核能所以老所长吕应中为首的领导班子不得不调整办所方向，把原来搞核工程、国防科研的单一性研究所，转变为以核为主、面向国民经济许多领域的多学科综合性研究单位。当时提出了三个结合：核科研与非核科研相结合，科研任务与学科建设相结合，长远任务与近期任务相结合，以近养远。

1982年10月，王大中从德国获得博士学位后回国，开始担任清华大学核能技术研究所副所长。在核事业如此不景气的条件下，王大中及其他学术骨干始终保持着清醒的头脑，他们对国内的能源储量、能源需求、能源构成以及国际核能科学技术发展的趋势进行了深入的调查研究，最后得出明确结论：中国需要发展核能，中国能够发展核能，核能科学技术一定能够在四化建设中找到用武之地。

发展核能的主战场是发展核电站，但王大中他们经过调查研究发现：在世界能源消耗结构中，供热消耗占相当大的比例，在苏联、美国、联邦德国和日本等发达国家，供热所消耗的能源均比供电消耗的能源高出一倍以上，中国所占的比例更高。因此，相比于核能供电，核能供热将是核能利用的另一个重要领域。发展高温气冷堆可以提供高达900℃的高温工艺热，可用于冶金、稠油热采、煤的气化与液化等；发展低温核供热堆可用于为城市居民供热及海水淡化等。在此分析基础上，王大中及核能所的其他技术人员决定发展高温气冷堆及低温核供热堆两种堆型，坚持从中国实际出发，走自己的发展之路。

1984 年 2 月，反应堆余热供暖试验技术鉴定会举行，中国首次反应堆余热供暖试验研究通过部级鉴定（王建一 摄）

王大中回国以后的第一件事就是主持领导对原有游泳池式屏蔽试验反应堆的技术改造，准备进行低温核供热试验。他和团队通过采取改进堆芯物理及热工设计、提高堆芯出口温度、设置中间隔离回路等措施，把原来屏蔽试验堆的温度从30℃提高到了45℃的出口温度。

低温核供热堆是一种专门供热的反应堆，由于反应堆离供热区不能太远，需建在人口稠密区域附近或靠近供热用户，因此安全可靠性要求高于核电站。国外从20世纪70年代就开始探索用核能供热，苏联、联邦德国、瑞士、瑞典、芬兰、加拿大、法国等均进行过这方面的试验，但直到20世纪80年代中期，国际上在这个领域的进展大多数仍停留在研究和设计阶段。

5 兆瓦低温堆安全壳吊装（1987 年，李仲三 摄）

王大中及其团队从1982年底开始对清华大学原屏蔽试验堆进行改造、进行低温核供热试验，到1983年11月14日，改造后的屏蔽试验堆低温供热系统投入运行，对核能所三座实验大楼共16200平方米的建筑面积进行供暖。核能供暖持续了50多天，现场监测表明，核供热对环境并无污染。

1984年2月21日，国内首次核供热实验成果通过了专家委员会的技术鉴定。技术鉴定委员会由核、电、能源规划、环境保护等方面的专家12人组成，他们一致认为：“清华大学核能技术研究所利用反应堆的余热供暖，在技术上是可行的，运行是安全的，供暖效果良好。这次实验的成功，在国内首次实现了实验规模的核供热，开辟了一条核能应用的新途径，对进一步发展地区性工程规模的低温核供热起到了一定的促进作用。”

这是向着开辟我国核能和平利用新途径迈出的第一步，也是至关重要的一步。作为一名核能专家，王大中开拓低温核供热堆的研究方向是完全符合中国国情的，符合中国国情就是最根本的实事求是。

向着两个“世界第一”冲刺

中国首次低温核供热堆试验成功后，王大中开始向着更高的科技高峰攀登。在这之后，他的第一个重大科学贡献，是作为攻关项目负责人，主持领导了5兆瓦低温核供热堆的科研、设计、建造与运行。5兆瓦低温核供热堆是世界上首座投入运行的“一体化全功率自然循环壳式核供热堆”，也是世界上首座采用新型水力驱动控制棒的反应堆。

20世纪80年代中叶，为发展核供热堆，王大中带领科研团队系统调研和考察了国际上核供热堆研究的发展情况，做了一年的方案比较与论证，最后确定了方案——主持设计与研制一座一体化壳式核供热堆，也就是后来的5兆瓦低温核供热堆。

5兆瓦低温核供热堆正好是在美国三哩岛和苏联切尔诺贝利核电站发生堆芯熔化的严重事故后设计和兴建的。继1979年3月28日美国三哩岛核电站发生堆芯熔化的严重事故后， 1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站也发生堆芯熔化的严重事故，造成了大量放射性物质逸出到环境中的严重后果，这是世界核电发展史上最严重的一次核事故。这两起核事故进一步表明，核安全是核能发展的生命线，先进的核能技术首先体现在先进的核安全性能上，其中的关键技术是要研发出具有固有安全特性的核反应堆。

经过慎重考虑，王大中毅然决定，5兆瓦低温核供热堆采用具有固有安全特性的“一体化自然循环壳式核供热堆”方案。这种“一体化自然循环壳式核供热堆”，实现了全功率自然循环，既节省了投资，又安全可靠。同时王大中还决定，5兆瓦低温核供热堆采用比世界上现有的反应堆控制棒传动系统更安全、更经济的新型水力驱动控制棒系统。控制棒是反应堆开、停和调节功率、保证安全的重要装置。水力驱动控制棒是一种新型的控制棒传动机构，控制棒驱动用水的流量、压力实现，再加上驱动装置较好的机械特性，改进了控制棒操纵的稳定性，从而提高了反应堆的安全性。王大中在日后接受采访时说：“苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，不少人谈核色变。因此，我们设计的5兆瓦低温核供热堆把安全性放在首位。这个5兆瓦的低温堆将是世界上第一个使用水力驱动控制棒的反应堆。”

就这样，王大中带领着同事们向着这两个“世界第一”的高度冲击。这是一个不易摘到的“果子”，但又是通过努力有可能摘取的“果子”。为了攀登这座科学高峰，王大中和其他有关同志明确了指导思想，采取了一系列措施：首先，狠抓关键技术的突破，变劣势为优势；第二，充分开展实验，变不利因素为有利因素；第三，在施工中合理交叉，变长线为短线；第四，积极主动配合好安全检查，变被动为主动。他反复强调“多次分步实验，总体一次成功”。这些措施使5兆瓦堆的建设少走了许多弯路，少做了许多虚功。

王大中（左）、董铎（右）、马昌文（中）检查 5 兆瓦堆内构件（1989 年 4 月，王呈选 摄）

在5兆瓦低温核供热堆上采用水力驱动控制棒系统，在概念上是受到德国专家的启发，在结构上却是清华大学核研院独创的，在研制过程中曾多次失败。有人说：“如果采用现有的控制棒系统，低温堆不早就建成了吗？”王大中来到实验室鼓励大家：“不用管外面的议论，大家踏踏实实地干，压力有我们顶着呢！”他和大家一起出主意、想办法，就这种控制棒的一系列关键技术提出了开创性的解决方案。经过十几次重大的方案改进，终于获得了成功。王大中在主持领导低温核供热堆研究与开发过程中，共攻克了13项关键技术。

在5兆瓦低温核供热堆成功临界运行后，联邦德国总理科尔的核能总顾问弗莱厄博士（Hans Frewer）发来贺电称：“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，同时对解决在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。”联邦德国西门子一电站联盟反应堆概念及发展部高级经理戈兹曼（Claus A. Goetzmann）也发来贺电称：“你们的试验供热堆是世界上第一座这种类型的模式堆……这种类型的核供热站将为缓解中国的煤炭运输压力、并以较低廉的价格提供不污染环境的清洁能源等问题作出重大贡献。”

1989—1992年，5兆瓦低温核供热堆连续三年为清华大学核研院5万平方米的建筑物供暖，成为世界上第一座投入安全运行的一体化自然循环壳式低温核供热堆。低温供热堆在工业上的应用前景很广阔，可以利用低温供热堆进行低温发电，实现热电联供，并用于建筑物大面积制冷、海水淡化等。1990年，5兆瓦低温核供热堆被评为国内“十大科技新闻”之一，1991年获得国家教委科技进步特等奖，1992年获得国家科技进步一等奖。1995年3月5日，低温核供热堆作为取得突破性进展的5项重大研究项目之一，被列入国务院总理作的《政府工作报告》中。

5 兆瓦低温核供热实验反应堆外景（1989 年，李仲三摄）

清华大学高温气冷实验堆比例1:8 的模型（2014 年游战洪 摄）

王大中院士曾经形象地说：“搞科学研究，就是要鼓励大家跳起来摘果子。”5兆瓦低温核供热堆的建设过程，正充分体现了这一带有哲理性的科研指导思想。搞科研与做其他任何事情一样，一定要循序渐进、掌握好“度”。伸手就能摘得到的果子，早就让人家摘走了；跳起来也摘不到的果子，只能烂在树上。而“跳起来摘得着”，是一个适度的高标准。在一段时期内，树上的某个果子的高度是个常量，而“跳”的高度是可以不断增加的，起跳的时间也可以自我调整，摘果子的方向或方位可以变化。总之，搞科研就是要想方设法使自己跳得高一些、再高一些，达到了一个高度，再瞄准新的高度。这种“跳起来摘果子”的思维方法把大胆创新与科学求实精神结合起来，既要思想积极，又要行动稳妥，这样才能“适度”地把握起跳时间和找到适宜的方向方位，成功摘得果子。

建成“具有当今世界核能安全最高水平”的高温气冷堆

就在5兆瓦低温核供热堆获得国际高度评价时，清华大学核研院对高温气冷堆的研发也取得重大进展并迎来重要发展机会。在德国的求学经历以及自己的科研实践使王大中确信，模块式高温气冷堆也是具有固有安全特性的堆型，同样是未来核能发展的重要方向之一。即便切尔诺贝利事故使世界核能发展再次坠入低潮，他也未曾动摇过这个信念。

10 兆瓦高温气冷实验堆压力壳（1998年11月，王呈选 摄）

1987年到1993年间，王大中担任国家“863”高技术计划能源领域的首席科学家。在此期间，他从我国国情出发，主持领导了我国第二代先进核动力堆堆型的选择工作，完成了21世纪中叶我国能源需求预测和核能发展战略研究以及先进堆型的发展战略目标和总体技术方案的制订工作，这对我国核能的长期发展具有深远意义。高温气冷堆以及快堆、聚变裂变混合堆被列为“863”计划欲研究发展的三种先进反应堆堆型，清华大学核能所负责主持高温气冷堆的研究。1991年，王大中担任清华大学核研院院长，开始领导研究、设计10兆瓦模块式高温气冷堆。

高温气冷堆采用耐高温的全陶瓷型燃料元件，以具有化学惰性和热工性能良好的氦气做冷却剂，以耐高温的石墨材料做慢化剂和堆芯结构材料，堆芯温度限值达1600℃，出口温度可达950℃，可以获得更高的发电效率，是一种先进的反应堆。高温气冷堆是良好的高温热源，除高效发电外，还可用来进行煤的气化和液化以及制氢、稠油热采、炼钢、化工合成等，特别是可用于水热裂解制氢，为未来氢能时代提供清洁能源。

1992年3月14日，国务院正式批准清华大学10兆瓦高温气冷实验堆的建设。1995年6月14日，10兆瓦高温气冷实验堆在清华大学核研院正式动工兴建，2000年12月1日成功地实现了首次临界，12月21日正式达到临界。到2003年，10兆瓦高温气冷实验堆完成了72小时满功率并网发电运行。这是世界上第一座投入运行的模块式球床高温气冷实验堆，它的建成标志着我国在高温气冷堆技术领域已达到国际先进水平。

为了验证10兆瓦高温气冷堆的安全性，2004年9月，国际原子能机构组织24个国家60余位科学家见证了“不插入控制棒下反应堆丧失冷却”的安全试验。2005年7月，在10兆瓦高温气冷实验堆上进行的“抽出所有控制棒且叠加不紧急停堆”试验顺利完成。从科学家们提出高温气冷堆的构想算起，这是世界上迄今仅有的在实际反应堆上进行此类安全验证的试验，成功验证了高温堆的固有安全性。10兆瓦高温气冷实验堆被国际公认为“达到当今世界核能安全的最高水平”。2006年2月9日，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》，“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列为16个重大专项之一。

当今世界核电站反应堆的主流仍然是压水堆和沸水堆，清华大学10兆瓦高温气冷实验堆的建成，意味着中国赢得了十几年的宝贵时间，跨入了自主建造高温气冷堆的世界先进水平。

为实现“中国成为核大国”的战略目标而奋斗

1994—2003年，王大中担任清华大学校长。他与学校党政领导班子带领全校师生员工，按照“综合性、研究型、开放式”的总体办学思路以及“三个九年，分三步走”的总体发展战略，加快清华大学建设世界一流大学的步伐。其间，清华大学基本完成了综合性学科布局，研究型大学初具规模，开放式办学态势初步形成，人才培养质量持续提高，学校总体办学实力、科研实力以及国内外影响力显著增强，这是清华大学历史上发展最快的时期之一。

王大中在担任清华大学校长期间仍兼任核研院总工程师，直到2007年才卸任。他始终参与10兆瓦高温气冷实验堆的重要工作。2003年4月，王大中从清华大学校长岗位上退下来以后，受聘参加制订《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006—2020）》，担任“能源、资源与海洋”专题战略研究组组长，主持领导有关领域专家完成了该专题的战略研究报告，提出了“2035年前后中国成为核大国”的战略目标。

核能源从实验研究到具体应用，也需要经历一个过程。王大中一直不遗余力地致力于推动5兆瓦低温堆和10兆瓦高温堆这两种先进反应堆的技术成果的实际应用。发展安全、环保、高效、经济的低温核供热无论是用于北方冬季供暖，还是用于南方夏季空调制冷，都不失为明智的可持续发展选择。利用低温核供热进行海水淡化，对解决中国沿海城市淡水资源短缺、能源紧张和环境污染问题具有重要意义。

当今中国，尤其是进入新时代以来，发展核能供热越来越被视为落实低碳清洁能源战略、解决大气污染顽症、加速实现碳中和与碳达峰战略目标的有效策略之一。在沿海城市，利用核电站的余热对居民区进行供暖已经取得了成功突破。例如，2019年11月，国家电力投资集团公司山东核电公司70万平方米供热项目已经投入运行。2021年11月，海阳核电基地的核能供热项目已覆盖山东省海阳市全城区，惠及20万居民。2021年12月，由中核集团秦山核电站供热的核能供热示范工程（一期）正式投入运行，供暖总面积达到46万平方米，能够保障浙江嘉兴海盐县的近4000户居民。2022年11月1日，辽宁红沿河核电站核能供暖示范项目正式投入运行供热，这是中国东北地区首个核能供暖项目，覆盖辽宁省瓦房店市红沿河镇。该项目规划供热面积24.24万平方米，利用核电站汽轮机抽汽作为热源，替代红沿河镇原有的12个燃煤锅炉房。

2021 年 9 月 12 日，清华大学核研院老院长王大中（中）与核研院第二任院长吴宗鑫（左）、第三任院长（现任）张作义（右）在山东石岛湾高温气冷堆示范现场（来源：清华大学）

在内陆城市或者城市郊区建设新的低温核供热堆示范项目，也正在加快推进中，相关核能企业已在黑龙江、吉林、贵州锁定厂址和首堆项目，并在河北、山东、青海、甘肃、辽宁、内蒙古、陕西等省、自治区开展厂址普查和前期对接等筹备工作。例如，2017年11月，中国核工业集团有限公司正式宣布“燕龙”泳池式低温供热堆49-2堆安全供热满168个小时，具备为中国原子能科学院部分办公楼供热、功能演示及实操培训等能力。与此同时，中国广核集团有限公司与清华大学联合推进壳式供热堆NHR200-Ⅱ低温供热堆技术示范项目落地。国家电力投资集团公司研发的微压供热堆HAPPY200完成总体方案迭代及优化，并进行了候选厂址的调研勘察。源于王大中院士多年前创新突破、试验成功的核供暖高新技术正得到广泛应用，造福中国人民。

10兆瓦高温堆技术成果的应用推广也取得重大进展。继2006年2月“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》16个重大专项之一后，2006年6月，国务院成立了“大型先进压水堆及高温气冷堆重大专项”领导小组，中国华能集团有限公司、中国核工业建设集团公司和清华大学决定出资设立华能山东石岛湾核电有限公司，同年12月25日在钓鱼台国宾馆举行了签字仪式。2007年9月，国防科工委组织编制了《高温气冷堆核电站重大专项总体实施方案》并通过了专家评审。2008年2月15日，国务院常务会议审查通过了重大专项实施方案，标志着该重大专项进入启动实施阶段。2012年12月，高温气冷堆核电站示范工程在山东石岛湾正式开工兴建。2021年9月12日，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程1号反应堆首次达到临界状态，机组正式开启带核功率运行，向着年内并网发电目标又迈进了一大步。

王大中院士（左）在清华大学工字厅校长办公室接受作者访谈（2010 年， 于玲鸟 摄）

尽管2011年3月日本福岛核电站发生了堆芯熔化的严重核事故，但是中国20万千瓦高温气冷堆核电站示范工程仍在顺利实施中。2017年9月，中核北方核燃料元件有限公司建立了具有完全自主知识产权的“全球首条高温气冷堆燃料元件生产线”。2021年12月，清华大学与华能、中核共同研发建设的全球首台具有固有安全特性的模块式高温气冷堆核电站并网发电，在世界范围内率先实现了第四代核电技术落地，实现了我国在该领域从跟跑、并跑到领跑的飞跃。

放眼全国，党的十八大以来，我国提出了核工业必须坚持安全发展和创新发展的新要求，核能事业实现跨越式发展，取得一系列瞩目成就。目前我国在建核电机组23台，总装机容量2419万千瓦，在建规模继续保持世界领先。十年来，我国核电生产持续安全运行，从未发生国际核事件分级（INES）二级及以上的运行事件；实施了国家核电科技重大专项，我国核电技术水平显著提升，形成了具有自主知识产权的三代压水堆“华龙一号”“国和一号”国产化品牌以及具有四代特征的高温气冷堆、快堆以及小型模块化反应堆等先进核电技术，王大中院士及老一辈核能研究人员核能强国的梦想变成了现实。

本文选自《纵横》杂志2023年第1期“奋进新时代·亲历者说”栏目，图片由作者提供，作者游战洪系清华大学图书馆副研究馆员。

信息提供：张志国（《纵横》杂志）