「書評」中國核電崛起之謎:“華龍一號”的技術到底從何而來?

「書評」中國核電崛起之謎:“華龍一號”的技術到底從何而來?

作者:路風 北京大學政府管理學院教授

出版社:中國人民大學出版社

出版時間:2020年4月

導讀:

本文摘自北京大學路風教授的新著《新火》(中國人民大學出版社2020年3月出版)。該書以實地調研為基礎,結合國際主流創新理論,破解中國高鐵、核電、液晶面板、數控機床的發展之謎,講述中國工業鮮為人知的歷史和英雄故事,探尋中國技術進步之源,思索中國如何衝破美國的技術封鎖,是作者繼《走向自主創新》《光變》之後的又一力作。

為什麼當引進路線不能兌現自己的承諾時,中國的核電發展沒有踉蹌(其實反而更好)?為什麼當美國要制裁中國核動力工業時,中國只是輕蔑地“呸”了一聲?原因就是中國有那樣一支隊伍。用不著懷疑:如果中國的航空母艦將來成為核動力的,那麼其核動力系統也只能由繼承前輩精神的那支隊伍幹出來。而且,他們一定幹得出來。

中國今天能夠走多遠,是因為昨天付出了多大的努力;中國明天能夠走多遠,也取決於今天付出多少努力。

在進入2020年之際寫作本文時,我們看到的中國核電發展是以“喜劇”收場的。

自2009年以來,再沒有過激烈的辯論——一切等待事實的驗證。在後來11年間的發展實踐中,一系列因素最終使中國核電的發展回到了本來就符合技術邏輯的軌道上。

從引進路線的角度看,它的失敗有多個原因:高估了美國西屋的AP1000技術,無視真正的技術存在於從設計圖紙到實際產品之間,而不是圖紙本身;低估了中國核動力工業的技術能力,因為根本不瞭解中國的核動力技術基礎到底在哪兒;忽視了以外國反應堆統一中國核電技術路線的政治風險;等等。

在中國核電的這場“大戲”中,公眾迄今為止最不清楚的問題是“華龍一號”的技術到底從何而來。

當幾年前“華龍一號”剛浮出水面時,媒體還沿襲引進路線的說法,把它的兩條技術路線稱為“都在大亞灣核電廠M310技術的基礎上發展而來”。

新華社在2019年的一篇報道中稱,“1997年的一個午後,距離四川成都百餘公里的山坳中,一棟兩層辦公樓裡迴盪著激烈爭論的聲音,二十幾名科研人員在此討論著中國自主百萬千瓦級核電方案的主要技術參數。他們也許很難想象,彼時種下的‘種子’,在二十餘年後開花結果,化身為‘華龍一號’,這一我國具有自主知識產權的第三代核電技術成果”。

該報道在後面暗示那個“山坳”就是中國核動力研究設計院的地方,也提到當時秦山核電站的二期主體工程正在建設,還提到那次討論創新性地提出了“177堆芯”的概念。

但是,類似這樣的報道仍然沒有解釋清楚“華龍一號”的技術來源及其與引進技術的關係。

本文力圖回答這個問題:“華龍一號”的設計基礎是秦山二期核電站,而開發秦山二期核電機組的技術能力起源於中國開發核潛艇動力堆的過程。由於“華龍一號”的技術源遠流長,所以我們必須回顧歷史。

一、披荊斬棘的核潛艇反應堆工程

1958年6月末,毛澤東、周恩來等領導人批准聶榮瑧元帥向中央提出的中國自行設計和試製導彈原子潛艇的報告(聶力,2006:319);

7月,海軍與二機部會商成立領導小組(孟戈非,2002:5);9月,二機部在北京原子能所(401所)成立導彈核潛艇反應堆工程研究設計機構,海軍則與一機部聯合成立造船技術研究室,負責導彈核潛艇總體研究設計(後來演變成為719所);

10月,海軍政委蘇振華率代表團訪問蘇聯,其使命之一就是希望在開發核潛艇方面得到蘇聯的幫助。但中國代表團沒有料到,蘇方不但沒有答應在核潛艇方面予以援助,甚至不承認自己擁有核潛艇。

代表團回國後向中央彙報了情況,周恩來轉達了中央的決心:“不僅原子彈要搞,核潛艇也要搞”;“蘇聯不援助,我們就自己幹”(孟戈非,2002:12-14)。

因此,與大多數高技術工業領域不同,中國的核動力技術是在沒有外來技術源頭的條件下發展起來的(研究工作是從學習美、蘇各一本教科書開始的)。

1959年9月,孟戈非[①]從《參考消息》上看到,赫魯曉夫參加與美國總統的戴維營會談期間,吹牛說蘇聯的核潛艇比美國的多而且速度快。當時,原子能所有十多名蘇聯專家,因為蘇聯政府不承認有核潛艇,所以他們對相關話題守口如瓶。

孟戈非與總工程師趙仁愷[②]、李樂福[③]等人抓住這個機會,約談蘇聯專家組組長沃爾比約夫,向他詢問有關反應堆和核潛艇方面的問題。

已經意識到中蘇即將分裂的沃爾比約夫沒有拒絕,向他們介紹了美國核潛艇的歷史、核動力研發的一般程序、反應堆物理、熱工設計和反應堆啟堆時可能出現的問題,以及建造陸上模式堆的必要性。

就技術而言,這次出於專家個人行為的口頭講解是蘇聯對中國核動力技術的唯一“援助”。

1959年年底,在趙仁愷、李樂福兩位正副總工程師的領導下,已經發展到200人的潛艇核動力研發隊伍按照核潛艇的實際要求,進行了設計一座動力堆的“設計練兵”。之所以稱之為“練兵”,是因為當時並不具備能夠滿足設計動力堆所要求的試驗條件。

1960年6月底,他們完成了《潛艇核動力方案設計(草案)》。27年後,官方的《當代中國的核工業》評價說:“該方案設計當時是作為草案上報的,但在後來的實踐中沒有什麼重大的反覆,這證明它在總體上是可行的。這就為以後的研製工作打下了良好的基礎。”

更重要的是,這個方案設計當時沒有現成的參照——無論是實物的還是紙上設計的,但卻經受住了實際建造核潛艇的考驗。

那時的主要問題是中國的工業製造能力不能滿足設計要求。由壓力容器、堆內部件(燃料元件及其組件、控制棒及組件、組件支撐體吊籃、驅動機構、壓緊彈簧等)所組成的反應堆結構涉及複雜的工業製造技術,設計人員不得不很早就開始參與許多設備的研製過程,並一直持續到建造陸上模式堆的時候。

僅舉兩個例子。(1)壓力容器是由冶金部鋼鐵研究院、一機部第一重型機器廠、哈爾濱焊接研究所和國防部703所等十多個單位從1958年開始研發,經過9年的不懈努力,由一重廠在715所的配合下於1968年完成第一臺壓力容器的製造。

(2)燃料元件也是從1958年年底就在冶金部北京有色金屬研究院、上海有色金屬所、瀋陽金屬所、原子能所等20多個廠所開始研發。在一系列技術突破的基礎上,二機部202廠於1965年5月試製成功第一批鋯合金燃料元件,隨後在原子能所的101堆和194所的“游泳池”堆中進行了數年的試驗研究。

1961年年底,全國經濟形勢迅速惡化,加上蘇聯專家已經撤退,中國決策層在資源不足的情況下,決定把開發核武器列為壓倒一切的重點,二機部也把有關核燃料和核武器的研製列為“一線”任務,而把包括核動力在內的其他工作列為“二線”任務。

1962年7月,核潛艇項目下馬。因為二機部醞釀解散潛艇核動力的研發隊伍,孟戈非繞開行政上級直接找到海軍政委蘇振華。

在軍方的安排下,潛艇核動力的骨幹技術隊伍被收到國防科委系統(國防部第七研究院)保護起來(這個建議得到聶榮臻的同意,後來得到周恩來的批准),稱為715所。從那時起直到“文革”時期,這支隊伍的隸屬關係在軍方和二機部之間共經歷了五次變更,歸軍方時叫715所,歸二機部時就叫北京15所。

1964年,國民經濟全面好轉;10月,中國第一顆原子彈試爆成功。在這種條件下,中央專委於1965年3月批准核潛艇工程(09工程)重新上馬。

根據三線建設的方針(即沿著成昆鐵路線建廠),二機部和北京15所(即715所)選定四川省夾江縣境內青衣江畔的一片山區作為建造陸上模式堆的廠址。

[注:開發核潛艇反應堆必須首先在陸地上實際建造出來反應堆(即陸上模式堆),經運行考核合格後,才能把複製的反應堆裝到潛艇上。中國第一代核潛艇的陸上模式堆叫196堆,根據196堆複製的第一個艇上堆叫195堆]

1965年8月25日,中央專委第13次會議決定,同意原子能潛艇陸上模式堆建在四川省夾江縣境內。二機部隨即決定在那裡先建一個比較完善配套的反應堆工程研究綜合基地,基地代號為“909”,對外掩護名稱為“西南水電研究所”。幾十年之後,909基地的一條山谷被稱為“中國堆谷”。

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圖為909基地,上面寫著:核潛艇一萬年也要搞出來!

當時的909基地什麼都沒有,剛來的人住老鄉家,喝的是稻田和池塘水;以後自己蓋草棚和乾打壘房子,並且打出了水井。當地也十分閉塞,打長途電話必須到數公里之外的小鎮郵局去,而且要到晚上八點半以後才能打通北京的。

從生活區到工地,相距最遠的有十幾公里,上下班必須坐“班車”——解放牌卡車。許多人得到組織的通知後調到“909”工作。但“909”在什麼地方?不知道。“909”是幹什麼的?不知道。還有許多人是自願報名來到基地的,一些施工單位也相繼進入。漸漸地,在四川夾江的那塊土地上,聚集起一支號稱“八千會戰大軍”的隊伍。

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“文革”爆發後,全國各地的許多工廠和研究所停產,各級領導幹部和技術專家被批鬥,協調09工程的系統面臨癱瘓威脅。核潛艇陸上模式堆是一個集全國26個省市的1200多個工廠、研究所和院校所生產和研製的29000多臺(件)設備、儀器、儀表、管道、閥門於一身的複雜精密裝置,一處癱瘓就處處癱瘓。

1967年3月,自己也身陷政治漩渦的聶榮臻元帥看到國防科委副主任兼七院院長劉華清關於09工程受到衝擊的報告後,於1967年6月20日在北京民族飯店召開09工程第三次協調會。當聶榮臻元帥一身戎裝,拄著柺杖步入會場時,全體參會者起立長時間鼓掌。

但是,這些廠長、書記一回到各自單位就再次受到衝擊,從北京派下去檢查落實“6·20會議”精神的人員到處受阻,雪片一樣的告急信再次從全國各地飛向國防科委。在09工程辦公室,憂心如焚的參謀人員產生了請中央軍委簽發致各大軍區和省市自治區革命委員會一份《特別公函》的主意。

1967年8月30日上午,正在醫院治療的中央軍委副主席聶榮臻接到劉華清親自送來的公函稿,在這份新中國成立以來中央軍委發出的第一份《特別公函》的左上角簽署了自己的名字。

[注:這份文件未經中央軍委常委會討論,也未請示當時主持軍隊工作的林彪,所以簽發它是冒了很大風險的(聶力,2006:324)。另參見劉華清(2004:316-317)]

《特別公函》的內容被迅速傳達:“09工程是毛澤東主席親自批准的國防尖端工程,任何人、任何單位,均不得以任何藉口和理由衝擊車間,更不能以任何理由停工停產……”。

《特別公函》成為“尚方寶劍”,十幾個工業部門的“列車”立刻暢通無阻地駛上“軌道”,派下去的各路人馬再無人敢攔;它也是“大赦令”,一大批被關起來的廠長、書記、科學家和工程師被解放;它也是“動員令”,各個部門紛紛支援,圍繞09工程的龐大機器立刻有條不紊地運轉起來。

事情過去了幾十年後,核動力院的老人還記得,當時就是因為這份《特別公函》,所以909基地的一個電報,就能把正在運往其他地方的設備中途調到夾江。

為了配合建造陸上模式堆,在夾江909基地還設計建造了中國核動力的第一批大型試驗檯架。在完成196堆初步設計的同時,模式堆試驗基地、物理熱工、結構、爆炸、應力、焊接、水力、化學、控制等15個實驗室和裝置的設計也相繼在北京的715所和401所開展。

1966年2月,來自這兩個研究所的人員組成909基地的“工藝隊”,在夾江山區選點。到1968年,大多數試驗裝置陸續建成,安裝設備後立刻投入試驗工作。這些試驗檯架的設計和建造反映了中國核動力技術源頭從北京到夾江的轉移,使909基地成為中國唯一的核動力試驗研究基地。

為加強陸上模式堆的建造,1969年7月27日,中央軍委辦事組批准,715所要在8月底前從北京搬遷至四川。這年9月初的一天,715所留在北京的全體科技人員和部分家屬登上一列人、貨混裝的悶罐車,告別北京。除了四川,許多人都不知道去哪裡。這列悶罐車停停走走,一個星期才到目的地。他們中間的許多人從此就永遠留在那裡。

1969年,模式堆主廠房的土建施工完成,設備安裝開始。在關鍵的幾個月中,工地上徹夜燈火通明,攪拌機聲、汽車馬達聲、施工小車的嘎嘎聲以及炊事員送加班夜飯的吆喝聲此起彼伏,交相呼應。在當時的條件下,設備安裝十分困難。例如,重達60噸的反應堆壓力容器是由十多輛大馬力汽車車群牽引,如履薄冰地翻越了18公里山路後才運抵現場;因為沒有大型裝卸設備,所以指揮部以“發動群眾”的方式,採用推、拉、頂、吊等方法才將其“盤”進廠房。

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圖為第一代核潛艇陸上模式堆廠房

1970年4月,中國第一個核潛艇陸上模式堆安裝完畢,迎來了啟堆的時刻。在啟堆前的7月15日、16日,周恩來率其他領導和專家兩次聽取了由軍管會主任王漢亭和工程技術負責人彭士祿[④]等人組成的赴京彙報組彙報。

周恩來在彙報過程中提到核電說,陸上模式堆“奠定了熱核電站的基礎,今後燃料多了,就可以自己搞!成功了,陸上核電站就有了,是核動力的起點,將來還可以做得更好……

”。這說明周總理已經在思考中國發展核電的問題了

不過,啟堆過程並不輕鬆。從7月17日凌晨在熱態狀況下啟動反應堆直到8月30日達到滿功率,中間經歷了一系列出現問題再解決問題的過程,其間既有因為7月25日首次實現核能發電的興奮,也有因為7月29日山洪暴發而被迫停堆的失望。

限於篇幅,這裡僅講兩個小故事。

在第一次啟堆後,測量人員發現反應堆頂部的物理測量管與堆頂部件焊接處有滲漏。在停堆搶修過程中,技術人員鄒心銀在焊接工作接近尾聲時,發現焊接表面出現了一些大小不均的汽孔,原因是焊接時的高溫使管壁中的積水蒸發,然後水蒸氣向上穿透焊劑形成汽孔。

需要消除積水,但管壁狹窄、不平滑,又不能被金屬碰撞,只好用絲巾一點一點地吸附。在人們因為進展緩慢而焦躁不安時,傳來了鄒心銀[⑤]的聲音:“讓我來吧。”他拿來一根不知從哪裡找來的細膠皮軟管,插進管壁,整個人趴到堆頂蓋上,用嘴吸管壁裡的積水。

這是隻有在那個年代才可能發生的事,因為經過滿功率運行的反應堆積水是可能帶有放射性的。現場突然鴉雀無聲,只能聽見鄒心銀的吸水聲——“這聲音好像刀片劃過在場每個人的心”。最後,積水吸乾,焊接成功了。

在8月25日開始的最後一次啟動過程中,反應堆在達到92%的堆功率後卻不能達到滿功率,儘管所有的物理參數表明反應堆是能夠達到滿功率的。技術人員發現,原因是主機的自動調壓閥不能全開。

在堆前緊急會議的焦急氣氛下,設計人員徐炎初提出一個大膽的設想:就地改自動為手動,以增大進氣壓力。這又是一個在通常情況下不應採取的辦法,但不得已而為之。

8月30日13時,徐炎初帶領另一位技術人員,分別站在左右舷的自動調壓閥前,用雙手提起了閥閘。僅僅幾分鐘之後,值班長耿其瑞就莊重宣佈,主機功率已實現額定滿功率運行(後來改進此閥,主機和反應堆均達到設計滿功率)。

當時在測量室負責計算功率值的黃士鑑用手搖計算機連續計算了三遍,才向現場指揮彭士祿報告達到滿功率,彭則立即打電話向周總理報告。在山谷間的一片歡呼聲中,中國核潛艇陸上模式堆終於實現滿功率運行。

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圖為反應堆壓力容器安裝

在為陸上模式堆訂設備的時候,還有兩套反應堆設備同時被訂,以便為艇上堆做好準備(孟戈非,2002:352)。

1968年4月8日,核潛艇艇體工程正式開工(如前所述,核潛艇的總體設計研究是從1959年正式上馬的)。陸上模式堆在夾江啟堆之後,遠在數千公里之外的造船基地跟著緊張起來。

1970年7月16日,造船指揮部提出核潛艇要在當年12月26日(毛主席生日)下水的奮鬥目標。當時,那裡生活條件很差,但幹部、工人們幹活不分晝夜,加班加點,自覺保證質量。與此同時,一支工兵部隊也在修建核潛艇特殊碼頭,把一座大山挖空,然後安裝設備。

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1970年12月26日,中國第一艘核潛艇下水;經過半年的反應堆安裝和調試,於1971

年8月開始試航。

這裡必須提到一位捐軀者——從1959年就參加潛艇核動力設計的工程師李宜傳(曾任715所儀控室主任)。他在陸上模式堆安裝之前切除了一個腎,但拒絕了大家的勸阻,帶病工作,乾脆把被子搬到控制值班室,吃住在現場,直至196堆達到滿功率。

隨後,他又拖著病殘之軀再次請戰,參與了195堆(艇上堆)的安裝和試驗。1972年4月,李宜傳終因過度勞累犧牲在核潛艇試航的工作崗位上。

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圖為第一代核潛艇工程四位總師合影(左起趙仁愷、彭士祿、黃緯祿、黃旭華)

1974年8月,中國第一艘核潛艇——“長征一號”攻擊型核潛艇(401艇)——正式服役,88歲高齡的朱德元帥在海軍司令肖勁光大將的陪同下檢閱了中國核海軍的第一艇。參加了慶典儀式的中國第一任核動力總工程師趙仁愷回憶說:“那莊嚴、盛大、隆重的場景,有幸一遇,足慰終生”。

中美關係處於“蜜月”期的1982年,美國“核海軍之父”Rickover海軍上將(時年82歲)訪華,爬上了“長征一號”核潛艇。他在參觀後稱讚說:“這完全可以與同時代先進國家的核潛艇媲美!”。

這裡還要提一下被稱為核動力院第二個里程碑的高通量工程試驗堆(第一個里程碑就是核潛艇陸上模式堆)。這種堆是研製反應堆燃料元件的設備(對材料進行輻照考驗),所以是獨立自主發展核能事業所必需的(即開發反應堆的反應堆,亦稱“工具堆”)。

早在1958年重水反應堆(101堆)建成後,設計建造高通量工程試驗堆的任務就提到議事日程上。由於當時國內的工業技術條件都不具備,所以二機部從小功率材料研究用堆做起,於1964年12月在北京原子能所建成以蘇聯游泳池式物理試驗堆為原型的元件試驗堆。這個堆對核潛艇動力堆的燃料元件、材料的考驗做出了重要貢獻。

隨著國民經濟的好轉,設計和建造高通量工程試驗堆的任務再次提上議事日程,並且交由1963年成立的194所承擔。1968年,該工程被列入國家計劃,在總工程師徐傳效的領導下,194所組成近百人的工程設計隊,籌建高通量工程試驗堆。

在後來的過程中,高通量堆的廠址選擇受到潛艇核動力研發隊伍隸屬關係的影響。1971年2月,二機部再次從海軍手裡正式接收909基地後,立刻決定將北京194所整體搬遷到四川夾江(最後只搬遷了部分)。

1971年年初,高通量堆在909基地破土動工。1973年9月6日,二機部決定將909基地改名為堆工研究院,對外稱第二機械工業部第一研究設計院(簡稱“一院”)。

1980年12月16日,繼美蘇之後,世界上第三大、也是亞洲第一個建成的中國高通量工程試驗堆在四川夾江投入滿功率運行,並於1981年5月4日實現了高功率運行。

它的建成標誌著中國具有了獨立自主的核動力技術能力。隨著高通量工程試驗堆的建成,以及模式堆的運行試驗,一個反應堆研發基地到1980年已經初步形成。

隨著715所(全部)和194所(部分)搬遷到這裡,中國核動力技術的全部歷史也就凝聚在這裡。核潛艇陸上模式堆是中國第一個核動力反應堆,也是第一個從頭到尾完全依靠自己的力量開發的反應堆;10年後建成的高通量工程試驗堆不但也是自主開發的,而且是中國可以自主開發各種反應堆的關鍵設備。

二、 “軍轉民”歷程的磨難

高通量工程試驗堆的建成,標誌著核動力院作為一個反應堆研發基地的形成,但也宣告了國家對核動力大規模投資的終結。

從1970年12月第一艘核潛艇下水,直到1990年代末期,中國下一代核潛艇工程拖延了近30年。從1970年代末到1980年代後期,核動力院在10年的時間裡沒有得到任何值得一提的科研經費和投資。

改革開放以來,國家開始發展核電。上文(《新火》第二章上篇)已經講述了秦山一期核電站的曲折,但對核動力院來說,比那更曲折的是它多年被排斥在核電之外。

在計劃經濟年代,主管核工業的二機部長期以開發核武器為主要任務,輕視核動力技術領域,何況又與海軍之間存在著核動力院的隸屬關係問題。在建設秦山一期時,核工業部為該工程建立了728設計院(即後來的上海核工程研究設計院),其首任院長就是1981年起任核動力院院長的周聖洋(從夾江帶走100多人)[⑥]。

實際上,秦山一期30萬千瓦核電站的反應堆是以196堆為原型堆,即在潛艇動力堆的經驗基礎上直接設計的核電站反應堆。這是為什麼中國居然在從未建過試驗核電站的條件下,能夠一下子建起一個30萬千瓦商用核電站的原因。

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圖為秦山核電站

在計劃經濟的部門管理體制下,行政主管部門對於下屬單位的管理方式是按行政隸屬關係和行政分工。在秦山一期開始建設後,核工業部把核動力院當作一個專門從事09工程的機構和試驗基地,不考慮它在核電發展中的作用。

其實,核動力院早就開始參與核電技術開發,只不過是在上級行政部門的安排下,扮演提供技術服務的角色。例如,按照二機部安排的任務,核動力院於1977年6月研發成功秦山一期30萬千瓦核電站的燃料元件製造工藝。

1978年11月,二機部要求核動力院重視60萬千瓦核電站的研究設計工作。1981年4月,核動力院將趙仁愷等人《關於中國建造60萬千瓦標準型壓水堆核電站的建議》正式上報二機部,此後又完成60萬千瓦和90萬千瓦標準型壓水堆核電站的方案設計。

1981年9月,二機部正式邀請核動力院參加秦山一期核電站一回路主循環系統及輔助系統、安全系統的工藝設計審查,這是主管部門第一次讓核動力院介入核電的實際開發過程。

1983年7月,核動力院針對45萬千瓦和90萬千瓦壓水堆方案,決定進行17×17燃料組件的研製(本段的信息來自2006年6月我們對核動力院院史資料的記錄)。

這段時間正是政府內部主張引進的部門以30萬千瓦核電站容量太小為理由,要求下馬秦山核電工程的時候。二機部在倉促應對這種主張時的這些部署,準確無誤地反映出中國核動力的技術之源在哪裡。

在國家層次上,當時佔據了主導地位的引進政策沒有考慮如何利用中國的技術基礎來發展核電。在1980年代有關中國核電發展道路的爭論中,各方都以核工業主管部門作為核動力技術的體現,而包括決策者在內的大多數人都不清楚中國核動力技術的承載體到底在哪裡。

21世紀的第三輪引進路線以改革為名,提出實行軍民分開的方針,其實質是想讓在行政隸屬關係上屬於軍工部門的中國核動力技術基礎不再“干擾”購買外國核電站的“戰略部署”。於是,核動力院的道路註定曲折。

核動力院曾經在1980年代初制訂了一個十年發展規劃,規定該院要參與核電建設,但基本上淪為紙上談兵。於是,一支四五千人的中國核動力技術主力隊伍被“遺忘”在四川夾江的山區。

隨著改革開放帶來的鬆動,核動力院也開始經歷“孔雀東南飛”,人員(特別是技術骨幹)大量流失。那時的兩任院長不得不把這支隊伍的生存當作首要任務。

1980年代前半期,在中央政府牢牢控制的核電之外似乎出現了另一個核動力的市場。一些大型石油化工企業對建設小型核熱電站表現出濃厚的興趣,紛紛要求核動力院對“以核代油、節油換匯”的可行性進行研究,對能否提供工業蒸汽和一般供熱進行論證。

(注:核熱電站是以核裂變產生的能量為熱源的城市集中供熱方式之一,和普通熱電站原理相似,只是用核反應堆代替礦物燃料鍋爐。核熱電站反應堆工作參數高,必須按照電站選址規程建在遠離居民區的地點,從而使它的發展在一定的程度上受到限制)

核動力院根據用戶的要求開展了數年的研究設計。但是,由於地方政府缺乏資金,這些設計工作沒有能夠繼續下去。除了核熱電廠,還有對小型核電廠市場的探索。核動力院曾經應邀在四川、海南島和西藏調研建設小型核電廠的可能性,但由於經費和風險等問題也不了了之。

1988年接任院長職務的錢積惠[⑦]後來回憶這段歷史時說:“最困難的時候,我形容我們老院長(任和[⑧])像個叫花子,北上吉林,東到上海,南到海南島,西到西藏,拄著柺棍‘討飯吃’,全國都跑遍了,領著一批專家去求人家、找項目,風塵僕僕,跑了好幾年”,“當時大家在山溝裡,拿著僅有的一點工資,但熱情還是很高,我們當時上上下下最常說的一句話就是‘我們要搞核電’”。

從獲得經濟收益的角度講,核動力院在1980年代前七八年的“軍轉民”過程中幾乎什麼事都沒做成(連汽水廠都倒閉了),但仍然得到了長遠意義上的收穫:

第一,“軍轉民”的經驗使核動力院為用戶設計產品的能力大大提高,為後來的秦山二期中標打下基礎。

第二,完成了組織整合。核動力院的隊伍是在909工程大會戰中從全國調來的,這樣建立起來的組織往往長期存在內部隔閡的問題,但在生存危機的壓力下並經歷了“孔雀東南飛”之後,核動力院逐漸成為一個同舟共濟的組織——能走的都走了,不能走或不想走的就永遠留了下來。

除了與上級行政主管部門的隸屬關係,院裡的人不再與北京或其他地方的任何機構存在什麼組織上的瓜葛。

於是,核動力院的獨特組織文化也逐漸形成。在工作態度上,他們吃苦耐勞,習慣於自己動手,一些核電運營商對核動力院人員的評價是,“山裡來的人就是樸實”;在技術上,他們具有極強的解決問題的能力,什麼外國技術都敢改,原因非常簡單:以核潛艇動力系統為起源,他們所有的產品都是自己做出來的。

「書評」中國核電崛起之謎:“華龍一號”的技術到底從何而來?

錢積惠

直到1980年代末,被困在夾江山區的核動力院仍然在“流血”,每年都有很多技術骨幹流失。1988年10月,當錢積惠接替任和主持核動力院工作時,他所感受到的是形勢越來越艱難。

在他當院領導的頭兩年,核動力院面臨的最嚴重的問題就是人才流失,每年都要有200多名技術骨幹從山溝裡跳到待遇和條件更好的單位去。錢積惠坐不住了,如果這樣下去,多年培養起來的核動力技術力量用不了幾年就走光了。

錢積惠注意到,雖然此時國務院決定把核動力院列入三線調整計劃,部分科技力量遷進成都市,但國家規劃計劃部門並沒有認識到自主發展核動力的重要性。

1991年5月2日,錢積惠上書江澤民。他在信中直言國家對核動力基礎研究的忽視以及核動力研究基地所面臨的困境,並呼籲:中國作為一個發展中國家中的核大國,作為一個已經擁有核潛艇並還要進一步發展自己的軍用艦船核動力的國家,理應也有能力走自主發展核電的道路。

江澤民收到了錢積惠的信,並於當年6月15日對信作出批示,贊同支持核動力骨幹實驗裝置的建設(江澤民參與過09工程在機械工業系統的項目,對09工程有很深的情結)。此後,國家計委批准對核動力院投資1.8億元,在成都建設一批軍民核動力骨幹試驗裝置,同時依託這個項目實現了核動力院從夾江到成都的搬遷(涉核的部分仍然留在夾江)。這一項目被稱為“615工程”。

提請讀者注意的是,615工程建設的試驗手段對於開發核反應堆是至關重要的。該工程從1992年8月開始初步設計,1995—1998年完成大部分試驗裝置的安裝。

在核動力院反應堆試驗研究所,18臺(套)複雜的試驗裝置分佈在巨大的廠房裡,它們涵蓋了幾乎所有的反應堆工程試驗研究:控制棒驅動線冷態水力試驗裝置、堆芯整體水力模擬試驗裝置、AC600非能動餘熱排出系統試驗裝置、氟利昂熱工裝置、大型熱工試驗裝置、6m×6m地震模擬試驗檯、水化學試驗裝置、動力設備綜合試驗裝置、艦船核動力主設備支撐抗衝擊試驗裝置、艦船核動力主泵試驗檯……有些裝置據稱世界僅有。

所有這些試驗裝置全部是核動力院自己設計的,為後來的秦山二期核電站壓水堆的自主設計和建造,以及新一代核潛艇的開發,作出了“不可替代的貢獻”。

試驗手段是主要的研發工具,而包括設施和經驗在內的試驗能力則是核動力院的特質資產。產品開發是一種工程創造,其首要環節是設計,但設計的可行性只有經過從材料、元件到整機樣機的一系列試驗才能被證明。

因此,像核動力裝置這樣的複雜產品的開發,通常要經過幾十輪次試驗的反饋與修正,解決成百上千的問題,才能推進。可以說,自主研發反應堆(以及其他複雜產品)的大部分投資、風險和技術能力都集中在工程試驗階段。因此,試驗手段和試驗能力決定產品開發能力

僅以反應堆燃料元件、組件的設計開發(在核電技術上擁有知識產權的關鍵環節之一)為例:第一,由於這個系統是在核輻射的條件下工作(在這種條件下工作的系統還包括控制棒驅動機構和壓力殼等設備的材料),所以其必須在工具堆內經受輻照的考驗——屬於帶核的試驗。

第二,必須在大型熱工試驗裝置上進行臨界熱流密度試驗(俗稱燒燬試驗)——屬於非核的試驗。原因在於,當燃料組件上的熱流密度達到一定程度,(冷卻劑)流體就帶不走熱量,積累起來的熱量就會導致堆芯融化、燒燬,造成核事故。但在不允許反應堆內的燃料元件燒燬的同時,又必須使堆芯功率儘可能地升高以保證核能的經濟性。

要達到這個雙重要求的目標,就必須確定燒燬的極限點。雖然有理論公式可以計算這個問題,但公式對不同結構的適用性不同。因此,準確找到極限點只能通過臨界熱流密度試驗(即獲得經驗公式)。不同的組件會有不同的燒燬點,所以燒燬試驗是開發新的燃料組件的必要條件。

[注:其試驗步驟是:(1)加熱;(2)確定什麼時候熱量傳不出來(既要找臨界點,又要求不能燒燬,這裡有操作上的訣竅);(3)在傳熱惡化瞬間停下,避免實際燒燬,減小試驗代價]。

核動力院的試驗手段——工程試驗堆(工具堆)、大型試驗檯架以及眾多的專用儀器儀表——全部是自主設計開發出來的,本身就是該院產品開發平臺所產出的另一類特殊產品。

設計開發這類產品必須依靠在產品開發中長期積累的經驗,因為試驗檯架(包括所有的功能機構)的設計取決於對試驗方法的掌握(以幫助設計者決定要什麼、不要什麼),而試驗方法則包括了大量來自經驗的訣竅。因此,試驗檯架的效能還取決於使用這些設備的經驗知識。615臺架所體現的試驗能力就是三四十年持續產品開發經驗積累的結果。

以水化學試驗檯架為例,設計這個臺架的難點在於要掌握縮小比例試驗的模擬技術,因為該臺架在縮小了流程比例之後,就要考慮在實際反應堆運行中無須考慮的絕緣與密封問題,才能保證水流量、傳熱特性與實際反應堆的運行狀況一致。核動力院所掌握的模擬技術是一套模擬準則——這些準則起源於核潛艇陸上模式堆的開發並經過不斷修正而獲得。

(注:進行水化學試驗的原因是:反應堆系統一回路中的水是帶有放射性殘留的,而且傳熱介質的結垢會影響傳熱,所以必須檢驗水質和材料的可溶性,要求水質達到不腐蝕、傳熱好、不能有水垢)

設計試驗檯架之難往往比設計終端產品(如反應堆)還難,難就難在需要大量只能經驗性獲得的緘默知識。在核動力院的實驗室裡,很多模擬、密封、測試和控制的技術訣竅都是前輩技術人員從長期經驗中摸索出來的,並依靠老工程師手把手教給年輕工程師而傳承。

由於試驗手段封裝了更多的緘默知識(技術“黑匣子”),所以對於其他組織來說,這些技術是無法模仿的,甚至無法通過逆向工程來理解。因此,這些試驗手段是高度組織特定的,離開了開發出這些工具的組織就沒有任何用處。例如,任何人想使用615試驗檯架,只能委託核動力院的技術人員來進行試驗,否則誰也無法讓這些臺架實現預定的功能。

對試驗手段的分析可以充分證明引進路線的謬誤:對於聲稱通過購買外國核電站可以實現核電技術的“消化、吸收、再創新”的說辭,說輕了是無知,說重了則是謊言。

引進核電技術充其量是購買核電站的設計,而要想在外國設計的基礎上再創新,則必須具有試驗能力,否則沒有人能夠甚至敢於去修改、變更原設計。但試驗能力(包括硬件和軟件)是長期自主開發的結果,與產品開發平臺互為因果。

引進路線可以從市場上購買產品和產品設計,但永遠不可能從市場上購買到試驗手段。因此,聲稱買了外國核電站就獲得了核電技術,無異於聲稱從糧店買回家一袋米就獲得了培育稻種和種植稻子的技術。

最後需要指出,有形的試驗手段(如試驗檯架)必須隨著產品開發的目標要求而更新。例如,核動力院在夾江的第一批試驗檯架是為了開發核潛艇陸上模式堆而建的,615試驗檯架則支撐了秦山二期核電站和第二代核潛艇的開發,而新一代的產品開發將要求新一代的試驗檯架。

但正如前面已經分析的那樣,設計和使用下一代的試驗檯架必須依靠過去積累起來的經驗知識——沒有什麼例子比這更好地說明,雖然有形的產品會經常發生非連續性的變化,但產品開發平臺及其所體現的技術能力卻永遠是連續的。

在最困難的階段,核動力院始終堅持著對核潛艇動力堆的研究,一直堅持到1990年代末中國上馬第二代核潛艇工程。

本文無意觸及高度保密的話題,最後只講一下第一位新型反應堆總設計師劉聚奎的經歷。

劉聚奎從1960年代中期就在715所參與設計核潛艇動力堆的總體結構方案。1967年,他受命研究下一代潛艇核動力技術。當715所搬遷到909基地時,他隻身從北京來到四川夾江。

在設計建造核潛艇陸上模式堆(196堆)的過程中,劉聚奎是燃料組件總體結構論證課題組的負責人,也是研製燃料棒定位格架等重要部件的創始人之一,為解決燃料棒定位問題立下汗馬功勞。他和同事們創造出來的束棒型控制棒在當時是世界首創,使堆高降低約一米,使堆艙和主機艙得到較好的匹配。

196堆建成後,劉聚奎繼續從事新型反應堆的研究設計。1970年代末,在“軍轉民”的大勢下,研究陷入停滯狀態。為了爭取項目立項以使研究持續下去,項目組每年都要與有關部門開協調會,論證、爭辯甚至爭吵。

1979年秋的一天,趙仁愷把劉聚奎等幾個參加論證會的人拉上,花10元錢在北京動物園附近的一家餐館裡請大家吃飯,那是一頓傷心飯,因為回到基地後,項目組就基本解散了。在隨後的幾年裡,科研人員因為無事可做紛紛調走。劉聚奎也找好了接收單位,準備一走了之。他說:1960年代搞潛艇動力堆時,條件那麼艱苦,大家都沒想過離開;但沒有任務、沒有方向,不走又能怎麼辦?

是核動力院參與核電的努力把劉聚奎留下了——他參加了吉林化工公司、遼陽化工總廠和上海金山石化總廠建設小型核熱電廠的可行性論證工作,又參加了秦山二期工程的早期方案演練和總體方案設計工作。在從軍用核動力轉向核電研究的過程中,他忘我地學習新領域的知識,但也從來沒有放棄對新型動力堆的研究。

劉聚奎三十年如一日,堅信新型反應堆的可行性,而這三十年恰恰是中國核潛艇工程的斷檔期。在沒有項目背景、沒有國家經費投入,幾十年辛辛苦苦的追求有可能付諸東流的情況下,他沒有絲毫的動搖。

他是參加了“八五”“九五”“十五”軍用核動力預研規劃的“三朝元老”(退休後還被邀請參加“十一五”規劃),目光始終盯著世界先進水平和發展方向。正是因為有了這樣的人,核動力院才能夠在極其困難的條件下,哪怕是自籌資金,也堅持了對新型反應堆的長期探索研究。

1992年,停頓多年的新型反應堆預研工作又提上議事日程。劉聚奎被核動力院任命為第一任新型動力裝置的總設計師。他上任後任勞任怨,以無私的奉獻為工程奠定了堅實的技術基礎。

把這個火種保存下來並最終點燃的劉聚奎總設計師早已退休;但同時,新型反應堆的工程也已經上馬,而裝備這種動力之源的新型核潛艇必將為捍衛中國的國家安全和領土完整做出重大貢獻。

三、“華龍一號”的技術源頭

“華龍一號”的設計基礎是秦山二期核電站。上文(《新火》第二章上篇)講述了這個核電站的來龍去脈以及核動力院參加投標和開發的過程,這裡不再重複。

核動力院在秦山二期中標並非偶然,完全是憑技術實力贏得的。這種實力不但來自建造核潛艇陸上模式堆、高通量工程試驗堆這樣的國家項目,而且來自開拓核動力市場以及為核電建設提供技術支援的經驗,更來自在長期技術研發中形成的創造性。

在“軍轉民”的困難時期,核動力院仍然保持著技術研發的“衝動”,在國家下馬的項目基礎上建成了乏燃料堆(岷江堆),以利用高通量堆使用過的乏燃料。更典型的項目是被稱為核動力院“第三個里程碑”的脈衝堆,它的上馬過程完全是自下而上推動的。

脈衝堆是使用鈾氫鋯燃料元件、具有脈衝運行能力的小型池式試驗堆(熱中子反應堆)。1957年,美國通用原子公司(Gulf General Atomic Corporation)開發出世界上第一個脈衝堆,一直獨家壟斷技術和市場。1975年,核動力院的技術人員從報刊上獲得脈衝堆的信息後,開始研究並向院裡提出建堆的建議。

1979年4月,核動力院把研究人員提出的概念設計方案上報二機部。雖然很快得到批准,但它只是一個沒有列入國家計劃、沒有經費的項目,只能靠院裡東拼西湊地自籌資金。

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1991年1月,我國第一座脈衝反應堆建成

1981年擔任脈衝堆研製組技術負責人的夏祥貴,在項目一度因人員調走、經費減少而前景黯淡的條件下,堅持了整整10年。脈衝堆的特性主要取決於其特殊的燃料元件,承擔開發燃料元件任務的四所是一支吃苦耐勞的隊伍。

經過幾年的努力,課題組用自己獨創的氫化工藝實現了滲氫,於1988年4—9月正式生產鈾氫鋯燃料元件。為了省錢,從1986年4月開始正式安裝的脈衝堆建在一個廢棄的廠房。現場總指揮李達忠對當年最深的回憶就是“真是太累了”。

工程組副組長丁家祥出身工人技師,1969年從上海調到909基地。他在上海時參加過中國自主開發的第一臺12.5千瓦雙水內冷汽輪發電機組的建設,到四川夾江後又參加了陸上模式堆和高通量堆的建設。他在工作中從來都自己動手,因長期勞累患上勞累型心臟病。

1990年7月22日,中國脈衝堆首次達到臨界。在舉行建成慶典的時候,總設計師夏祥貴卻因操勞過度住進了醫院。

在10年的時間裡,核動力院動員了幾百名科技人員和技術工人,完成技術攻關和科學試驗上百項,自己開發非標準儀器設備上百項,連施工也完全是自己乾的。脈衝堆以獨特的設計獲得了國家專利,還獲得了核工業科技進步一等獎和國家科學技術進步二等獎(中國核動力研究設計院,2006)。

有意思的是,美國通用原子公司聞訊後不相信中國人能開發這種技術,認為核動力院“盜竊”了它的技術。1992年初夏,雙方代表在深圳會談。中方說明了核動力院攻克鈾氫鋯元件的獨特工藝路線——低壓滲氫(比通用原子公司的高壓滲氫更為簡單和先進),並向美方展示了有關低壓滲氫的設備外形照片。不到一個小時,美方代表就被事實說服。談判在友好的氣氛中結束,美方還提出了合作的設想。

1993年,核動力院向軍方提供了一座功能更加齊全的脈衝反應堆,在中國簽署禁止核武器試驗條約後用於模擬核爆試驗。

核動力院還是國內最早跟蹤新型核電反應堆的研發組織之一。1987年,設計部總體室成立先進堆技術開發小組,提出以西屋AP600為跟蹤目標,結合中國國情開發自己的先進壓水堆核電站,定名為AC600。開發小組明確提出以先進堆芯、非能動安全系統和系統及設備簡化三項內容作為開發重點。

1989年,核動力院還與西屋公司草簽了《技術合作與交流意向書》,後來因為某些政治因素未生效。1990年10月,在國際原子能機構的支持和幫助下,核動力院在四川省峨嵋山市召開先進壓水堆國際會議,20多個國家、地區的專家和學者參加會議,AC600也成為在國際同行中具有一定知名度的堆型。

但到1996年,核動力院關於開發AC600的“九五”規劃在國家科委、國家計委和國家經貿委轉了一圈之後,被決策者以“沒有工程目標”為由下馬。10年之後,在AP600基礎上改進而來的AP1000,成為中國政府第三輪核電引進的首選堆型。

此外,按照核工業部下達的任務,1987年5月核動力院設計部還成立高溫氣冷堆研究小組,主要任務是調研和學習國外研究開發高溫氣冷堆的情況和技術特點。1995年,中核總停止了經費支持,核動力院的跟蹤任務隨之結束。

上述四個項目代表了核動力院在困難時期主動進行技術開發的主要努力,其中兩個成功、兩個失敗。但失敗的原因不是技術方面的,它們不同的結果似乎證明了一個規律:凡是能夠按照研發組織自己的意願堅持下去的項目就會成功,凡是仰賴於上級行政部門意志的項目就必定失敗。

核工業部雖然總是排斥核動力院參與核電建設,但每次遇到邁不過去的坎兒,就會想起也只能依靠這支能打硬仗的隊伍。例如:在秦山一期建設開始後,國家核安全監管規程才有規定,在核電站投入運行之前,必須提供1:1燃料組件高溫高壓沖刷試驗數據,並通過核安全審查。

當時,中國沒有這樣的試驗檯架,也沒做過這種試驗。面對這個“突然”的要求,核工業部曾經想把這項試驗交給國外做,因外匯問題而告吹。眼看邁不過去這個坎兒,核工業部只好於1987年8月把這項任務交給了核動力院,但條件很苛刻:只有212萬元人民幣的經費,而且要求在兩年內完成,還要儘量往前趕。

按照常規,這樣一個要從開發設計、建造試驗檯架再到完成試驗的工程至少需要3年時間,何況經費也不夠。但是,核動力院堅定地接受了這項任務,以至於核工業部核電局的領導人也說:“一院是‘明知山有虎,偏向虎山行’。”

限於篇幅,燃料組件沖刷試驗檯架的開發過程無法詳述。但需要指出的是,這個臺架不但完全是自主開發的,而且開發過程充滿了奮鬥精神。為了趕進度和節約費用,開發人員甚至修復存放了19年、嚴重鏽蝕的陸上模式堆舊主泵,用於臺架的迴路主泵。核動力院20多個所、部、室、處直接參加了工程建設,在接受任務時不講價錢、不談獎金,而是先談任務、先幹活。

還有一個例子,1989年10月30日,高28米、長寬各4米的試驗檯架本體在夾江綿延群山間的一塊窪地上落成。從1990年3月開始,這個試驗檯架對秦山30萬千瓦核反應堆的驅動機構進行沖刷試驗。

在這個由728院設計的裝置中,由於無經驗數據可參考,所以控制棒與導向管之間的間隙定得過小,在熱態沖刷條件下發生卡棒。這種情況在反應堆實際運行中是災難性的事故,絕不允許發生,而當時幾十臺驅動機構裝置已經焊在秦山反應堆的堆頂上。

核動力院在試驗檯架上發現問題後,立即主動通過試驗來探索什麼樣的間隙尺寸才是合理的(當時下達的任務書只要求完成規定時間的沖刷試驗)。核動力院不講價錢,以最快的速度於1990年10月31日圓滿完成任務,最後總共花了600萬元。

此前,核工業部核電局還對是否要花“大錢”搶建一個臺架來做這個試驗猶豫過;728院還爭過把這筆經費投在上海,由他們自己來建這個臺架。事後,728院的同行十分感謝核動力院,說虧得把臺架建在這裡,由核動力院做這個試驗。如果秦山30萬千瓦反應堆啟堆後發生控制棒卡棒,整個電站都得停下來;那時求助外國人,只能被敲竹槓。

這個試驗檯架在完成任務後早已拆除,但這個事例再次說明:起源於披荊斬棘建造核潛艇陸上模式堆的核動力院是一支什麼樣的隊伍。

設計秦山二期反應堆系統是核動力院進入核電領域的里程碑。由於上級規定秦山二期必須參考法國的M310(大亞灣的反應堆),也由於它沒有原型堆(引進派特別重視這個概念),所以一些人總喜歡把秦山二期的技術說成是抄襲法國人的。上文(《新火》第二章上篇)已經指出這種說法的錯誤,這裡再簡單重申一下。

法國M310的堆芯燃料組件是157盒,秦山二期的則是121盒。敢動反應堆的堆芯,就如同敢動芯片的電路一樣;敢提出自己的堆芯,就如同敢提出自己的芯片電路一樣。即使一個人看了一眼英特爾芯片的電路,但如果他做出自己不同的電路,你說這芯片的知識產權歸誰?

核動力院人之所以敢於為秦山二期設計自己的反應堆,是因為他們幹過的反應堆全是自己設計的,而且他們有能力對新設計進行試驗驗證。本文作者至今記得2006年6月在核動力院訪談老工程師時多次發生的場景。為了弄清楚秦山二期的技術來源到底是不是“抄”法國人的,我們經常不厭其詳地追問某項技術與法國技術的關係。

“老理工男”們開始時確實是循著我們問題的方向回答,但經常說著說著就說不清與法國技術有什麼關係了,又不善辭令,最後“被逼”無奈,不止一次惱怒地回答:“這些技術是我們在山裡試出來的!”或者“我們在山裡就是這麼做的!”每當聽到這種回答,我們內心就會充滿敬佩和驕傲——這就是中國的技術,還有疑問嗎?

核工業部於1988年4月被撤銷,其原有的政府職能劃入新組建的能源部,同時組建中國核工業總公司(中核總),負責管理核工業。在這種“翻牌”行政性總公司的體制下,各個既是法人又自負盈虧的基層單位反倒比在後來的集團體制下有更大的能動空間。

這是誕生“華龍一號”原型的背景。

完成秦山二期設計任務以後,核動力院應中廣核集團之邀為其嶺澳二期工程準備設計方案。核動力院當初參考大亞灣的法國M310堆型,在減少一個迴路的要求下重新設計出了60萬千瓦核島系統,這個過程已經讓核動力院掌握了壓水堆系列化的設計原則。

由此,核動力院提出了兩套百萬千瓦級的設計方案:一套就是後來被命名為CNP1000的方案,它採用3個標準迴路的結構。這是一個“激進”方案——雖然仍然參考了法國M310反應堆(堆芯是157盒),但CNP1000的堆芯是重新設計的,採用177盒燃料組件(全世界獨一無二),而且反應堆壓力容器的尺寸更大。

另一套方案基本上是沿襲M310的設計,只進行一些局部的技術改進——這個“保守”方案就是後來被稱為“嶺澳翻版”的CPR1000。

核動力院力薦它所主動設計的“激進”方案,因為從技術上看,增加堆芯燃料組件可以提高反應堆的熱功率和堆芯設計的熱工餘量(這些參數全部需要自己試驗驗證出來);無論在安全性上還是在運行經濟性上,新的設計都有望比法國人的技術更進一步。

此外,重新設計堆芯意味著擁有自主知識產權。不過,由於只有使用法國反應堆的經驗,所以中廣核傾向於保持大亞灣核電站的技術路線(風險小、培訓方便等),決定採用CPR1000的方案(產權歸中廣核,但向核動力院付錢)。當時核動力院已經開始著手進行概念設計和試驗準備的CNP1000方案設計也就被暫時擱置了。

1999年,軍工體制改革,繼承了中核總主要“遺產”的中核集團掛牌成立(工程建設部分另成立中核建),接管了三家設計院[核動力院(一院)、二院、728院]。

中核集團成立後,提出把CNP1000作為集團的自主品牌來發展,於是以行政手段重新分配任務,由三家設計院聯合設計。這個做法曾經引起中核集團內部對於技術方案的爭論,一院和二院聯合提出了CNP1000(二院負責土建設計),728院則聯合美國西屋公司提出了另外的設計方案。

最後,中核集團確定一院和二院的CNP1000為集團的核電自主化方案。1999年年底,中核集團在九華山莊開會,正式對外推出CNP1000。

中核集團力推自主核電技術本來是件好事,但它當時的做法卻包含了一個戰略意圖,即把CNP1000當作統一全國的核電技術路線的手段。一直與核工業主管部門有矛盾的中廣核集團對這種“一統天下”的意圖極為敏感。

為抵制中核集團,它堅決不同意採用改變堆芯設計的CNP1000方案,並針鋒相對地提出了CPR1000方案(M310堆芯不變,其他修改18項)。2001年,中廣核正式提議建設嶺澳二期兩臺機組,但因中核集團領導提出異議而導致嶺澳二期項目擱淺。

被激怒的中廣核集團反過來更加堅決地反對中核集團的CNP1000。當時,電力系統也想在核電發展方面有一定的發展權並且已經擁有若干核電廠址,在看出中核集團與中廣核之間的意見分歧後,也不同意中核集團“一統天下”的思路。

為了打破僵局,後來中核集團與中廣核達成協議,雙方共同支持嶺澳二期採用CPR1000方案。此後,中核集團重新力推CNP1000方案,但不再主張統一技術路線,決定自己要建核電站。

CNP1000後來還遭受了又一次原本無須承受的挫折。雖然CNP1000最初是核動力院提出的設計方案,但中核集團為了控制項目主導權,通過行政命令方式讓原本沒有CNP1000開發經驗、甚至曾經反對過這一方案的728院成為CNP1000方案的總包院。

728院長期以來採用的是美國的設計標準,拿到項目後便把原來二院設計的廠房佈置推倒重來,這就大大拖延了核安全局審批的工作進程。這種情況給了引進路線以口實,以業內相爭不下為理由,索性提出引進第三代核電、實現一步跨越的方針。

歷史有點“詭異”的是,恰恰是引進路線促成了自主技術路線的“自贖”。為引進AP1000而成立的國核技收編了728院,反倒使中核集團只能依靠核動力院,當然也意味著更深度地控制它。

更重要的是,引進路線自上而下的強行推進和AP1000的步步踉蹌,反倒使中核集團和中廣核再度產生自主開發的動力和機會,於是,中核集團走出 “CNP1000→CP1000→ACP1000”的發展路線,而中廣核集團也走出了 “CPR1000→CPR1000+→ACPR1000+” 的發展路線。

最後,在國家能源局的要求下,兩者“融合”成為“華龍一號”。

本文沒有涉及後來的研發,兩個集團都做了很多新的工作,尤其中廣核後來加強了自主的技術研發,一定也有許多自己的技術。但無論如何,這兩條技術路線的系統架構和基本技術都源自中國核動力研究設計院。

這個事實大概可以解釋為什麼兩個集團的兩條技術路線“融合”起來時並無技術上的困難。但故事還沒完:核動力院設計百萬千瓦級核電站的基礎是秦山二期,而它能夠“憑空”(指沒有原型堆)設計出來秦山二期的基礎是中國從開發核潛艇動力堆以來的能力積累。至此,“華龍一號”的血脈已經清晰可見。

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2015年5月,我國“華龍一號”全球首堆示範工程——福清核電5號機組開工建設

由於對核潛艇工程的高度保密(其程度甚至超過航天)、理解複雜技術的困難以及行政管理體制的不合理,核動力院的業績一直鮮為人知,它也一直處於一種邊緣地位。在中國至今仍未擺脫的大工程行政分包體制下,人們看到的只是處於行政等級上層的“總包”方,而看不見真正負責開發核心技術的組織。

例如,秦山二期建成後,負責土木建築的總包院技術負責人成為院士,而核動力院負責核島系統設計的總師閔元佑[⑨]卻當不上。我們在2006年6月訪談閔總時,他的手總是在抖——那是因開發秦山二期核反應堆承受巨大壓力而落下的病根。

今天,核潛艇艇體的設計師被媒體尊崇為中國的“核潛艇之父”,但為潛艇開發了核動力系統的人卻依舊默默無聞(這是奇怪的,因為核潛艇之所以被稱為核潛艇,就是因為潛艇的動力源是核反應堆)。在十幾年前各行政主體紛爭不斷的階段,核動力院曾經想走一條為所有客戶供應核島系統的市場化道路,結果是中核集團撤換了有獨立見解的院長,予以懲戒。

在“軍轉民”最困難的時期(1980年代至1990年代前期),到一院視察的國防科工委領導對所見所聞潸然淚下。回到北京後,他要求九院派人去一院學習。九院是誰?就是“兩彈”元勳鄧稼先帶出來的團隊——中國核武器研究設計院。讓這樣的單位向一院學習,可見核動力院的事蹟有什麼樣的分量。

根據2006年7月20日《環球時報》(第8版)的報道,印度從1991年開發核潛艇以來的15年間,花了100多億美元,因為實在難以完成核動力裝置的建造,不得不向俄羅斯租借核潛艇。相比之下,中國對核動力院前40年的全部投資還不及購買一個外國核電站的錢,而被餓得骨瘦嶙峋且經常受氣的核動力院卻為中國核海軍貢獻了關鍵技術、裝備和中國自主發展核電的技術基礎。

也是在那個時期,到核動力院視察的國家科委主任宋健也流了淚,他在一院幹部大會上說:“世世代代的中國人將不忘你們的偉大貢獻,你們受委屈了!”

今天重提往事,是因為伴隨中國核動力成長的英雄主義和獻身精神不可遺忘,何況這種精神恰恰符合技術開發的邏輯。

事實上,改革不合理體制的技術邏輯和市場邏輯都可以說清楚,只不過本文不是地方。

當我們十幾年前訪問時,核動力院的第三代總師隊伍已經成長起來,整個技術團隊也越來越變成以四川籍人員為主的狀況。屈指一算,該院的第四代總師們今天也應該開始擔綱。希望年輕一代繼承前輩的精神,希望今天的中核集團領導們善待核動力院,也希望核動力院的領導們善待前輩。

四、尾聲

“華龍一號”的技術源頭到底在哪裡,本文已經解釋清楚,雖然這個源頭比一般人想象的更久遠、更復雜。

2018年2月20日,央視新聞頻道播出一個探訪四川909基地的節目,通過高星斗、吳觀和等幾位老人的回憶,非常簡要地回顧了建造第一個陸上模式堆的歷程。節目還提到,模式堆的廠房已經被拆除。

數年前,年輕一代工程師們拆除屏蔽牆時,在鉛塊底下發現了一句字跡模糊的話:“孩子們,辛苦了。”不知道是誰寫的。一位出生在夾江的後輩工程師說:“看得哈哈大笑,老一輩可能知道我們要幹這個活,提前給我們寫下這句話。”前輩們當然知道這些設施在完成服役後會被拆除,也許他們當時建得太牢固,所以幽默地留給“孩子們”這句話。

我們普通人可能以為,只要建起核設施就算有核能力了。其實不然,只有能把退役的核設施安全地拆除並處理掉核廢料,即完成核設施的全部生命週期,一個國家才算真正擁有核能力。

中國第一代核潛艇已經退役,而核動力院也已經以自己的整套退役技術,安全、乾淨地處理完相應的所有核設施。從這個意義上講,前輩的話其實也是對“孩子們”的囑託。

「書評」中國核電崛起之謎:“華龍一號”的技術到底從何而來?

標記為144號屏蔽牆鉛塊格中的“孩子們,辛苦了”

“孩子們”也沒有忘記父輩。我們引用一位當年被父母從北京帶到909基地的人在回憶童年往事時寫下的一段話:

“35年後,我已有了自己的孩子。回想初到基地的時光,心中卻總有一種莫名的感傷。是的,當我被爸爸牽著手,踏上這塊土地的時候,我的命運在懵懂中已完全被改變了,這裡成了我的第二故鄉。我的父輩們,當年一腔熱血,來到這片“天無三日晴,地無三尺平”的基地,為的是“三線建設”,為的是讓毛主席他老人家睡好覺。他們似乎沒有想過孩子的未來,而我們也就在他們的忽略中,在這閉塞又單純的環境下長大了。回想起我們的成長,回想起我們基地的變化,我甚至無法理解他們當時那義無反顧的舉動。但我不能不從心底裡敬重我的父輩們——那些為我國核動力事業發展“獻了青春獻終身,獻了終身獻子孫”的老知識分子、老工人……”

讓我們記住本文在講述中國核動力工業史時提到的那些名字,雖然我們應該記住更多的名字。他們以及領導了他們的開國元帥和將領們,才是傳說中的“中國核潛艇之父”——不是一兩個人,而是一個群體。他們也是中國核電技術的奠基人。

在觀察者網刊出的上述央視報道的文字版下方,有一個網友是這樣留言的:“沒什麼可驕傲的;尤其是改革開放給我們帶來多少國外先進技術。自力更生,其實就是解決有沒有的問題。但是,是否先進,就一定不是。”如果他是真心這樣想的,那麼就有道理可講(如果是噴子,則另當別論)。

改革開放以來,中國沒有白白得到過任何一項“國外先進技術”,不僅要付出,有時甚至是要付出巨大的代價,而且不同工業或企業引進技術的效果經常呈現天壤之別(拿至今還以組裝外國品牌為主的汽車工業對比一下核電,就可以明白其含義)。

引進效果迥異的原因正是本書理論主題證明的邏輯:技術引進的效果取決於中國工業的“吸收能力”,而“吸收能力”的來源是自主開發;沒有自主開發或自主開發努力不足的工業或企業,不是被外國企業控制,就是乾脆滅亡。因此,中國今天能夠走多遠,是因為昨天付出了多大的努力;中國明天能夠走多遠,也取決於今天付出多少努力。至於以為躺著不動就能從天上掉“餡兒餅”,那是痴心妄想。

這就是中國核動力院的歷史所證明的道理。為什麼當引進路線不能兌現自己的承諾時,中國的核電發展沒有踉蹌(其實反而更好)?為什麼當美國要制裁中國核動力工業時,中國只是輕蔑地“呸”了一聲?原因就是中國有那樣一支隊伍。用不著懷疑:如果中國的航空母艦將來成為核動力的,那麼其核動力系統也只能由繼承前輩精神的那支隊伍幹出來。而且,他們一定幹得出來。

還是在上述央視播出的節目中,曾經親手參與建造中國第一個核潛艇陸上模式堆的黃士鑑(時年79歲)[⑩]在回顧歷史時,面對記者的鏡頭淡然地說:“我們幹了一件事,當年就是這麼默默無聞,現在回過頭來又覺得它驚天動地,走過來了,而已。”

「書評」中國核電崛起之謎:“華龍一號”的技術到底從何而來?

黃士鑑(79歲)

面對這樣的精神,核動力院的歷史已經成為一種超越某種具體技術成就的符號,象徵著中國今天力量的來源以及明天必須堅持的方向。永遠的“909基地”,永遠的“核一院”,永遠的中國核動力研究設計院。

註釋:

[①]孟戈非,男,1920年出生于山東濟南市。1938年參加抗日戰爭並加入中國共產黨,抗戰勝利後進入東北。1953年起任長春第一汽車製造廠生產主任。1958年年末被調到二機部,以原子能所副所長的身份直接領導了中國核潛艇動力裝置研發團隊,後任二機部科技局副局長等職務。1960年代前半期,他在建立核動力研究機構的問題上與二機部領導發生分歧,“文革”中遭受迫害,沒有再參加後來的潛艇動力堆工程。“文革”後,他在中國科學院工作。趙仁愷在為孟戈非的書(2002)寫的序言中說:“我認為當時孟戈非同志高瞻遠矚,從全局出發,高度負責地向有關領導提出核動力的研究設計開發應該統籌規劃,遠近結合,建設一個配套的、具有趕超條件的核動力研究設計基地的指導思想是正確的,提出的規劃建議是有意義的。可惜由於當時意見分歧,再加上接踵而來的‘文化大革命’,一片紅心,多少辛苦,在翹望中與委屈中不了了之。”孟戈非大約在2010—2011年期間去世。

[②]趙仁愷(1923年2月16日—2010年7月29日),漢族,江蘇省南京市人,1946年畢業於國立中央大學機械系。1958年9月加入核潛艇動力裝置研發團隊,被任命為設計組組長;1961年年底調任研究和建造某生產堆(為核武器生產燃料)的技術負責人;1965年再度回到核潛艇隊伍;1966年初冬率設計團隊赴909基地,以技術負責人之一的身份參與了第一個核潛艇陸上模式堆的建造全過程。曾任中國核動力研究設計院副院長兼總工程師。趙仁愷是中國核動力裝置的第一位總設計師,兩院院士,為中國的核動力事業做出了傑出的貢獻。

[③]李樂福是核潛艇動力裝置研發團隊的早期領導人之一。但我們無法查到關於他的信息,只知道他因為身體不好去世較早。實際上,由於核潛艇項目高度保密,所以許多參與者的信息都無從查到——他們確實是默默地為國奉獻。

[④]彭士祿,1925年11月出生,男,漢族,廣東省海豐縣人,是中共早期烈士、農民運動領袖彭湃之子。1956年畢業於莫斯科化工機械學院,後又在莫斯科動力學院核動力專業進修,1958年回國。1959年加入核潛艇動力裝置研發團隊,全程參與了第一個核潛艇陸上模式堆的建造過程,後任反應堆工程的技術總負責人和現場指揮。陸上模式堆建成後,年輕氣盛的彭士祿因對海軍把909基地退還給二機部不滿,於1971年率一部分人到國防科工委七院在武漢的一個單位單獨成立核動力堆設計機構,後與719所合併(孟戈非,2002:337、361-364)。1980年代,彭士祿迴歸核工業系統。1994年,他當選為中國工程院院士。

[⑤]《往昔歲月》提供了鄒心銀的一份“官方”簡歷:男,漢族,1934年8月出生,湖北宜昌人。1963年從北京電力學院熱工專業畢業,先後在水電部電力學院、北京715所、核動力院二所等單位工作。1965年4月加入中國共產黨。1970年在某工程建設中榮立三等功。多次獲“先進工作者”“優秀共產黨員”稱號。1982年8月因病去世。(48歲“因病去世”是什麼含義,我們都明白。)

[⑥]周聖洋,男,曾在哈爾濱軍事工程學院海軍工程系學習進修;1960年被海軍任命為核潛艇總體設計分組負責人,後來在機構變動中加入反應堆的開發團隊,曾任715所的行政領導,並在夾江參與了建造陸上模式堆的全過程;1981年起任中國核動力院院長;1982年12月被調到上海擔任728院院長;1987年因病離休;1993年3月在上海病逝,享年67歲。

[⑦]錢積惠是上海人,1959年從哈爾濱工業大學熱工專業畢業,1968年調到909基地。1984年中國加入國際原子能機構後,他被派到維也納做了3年的技術外交官;1987年回國後,他走上核動力院的領導崗位,1989年8月被中核總任命為核動力院院長。在擔任院長期間,他對管人、管錢不感興趣,總是從戰略角度看問題,對贏得中央支持、挽救核動力院作出巨大貢獻。在核動力院的歷史上,他是以一位“內戰外行、外戰內行”的院長而著稱。1992—2002年,他任國際原子能機構副總幹事長。退休回國後,他落戶成都,選擇永遠守候核動力院。21世紀初年,錢積惠為自主發展核電奔走呼號,被引進路線的官員斥之為中國核電界反對引進的“極端分子”。

[⑧]任和,1983年5月接替周聖洋出任核動力院院長,1988年退休,1995年2月在成都病逝,享年65歲。

[⑨]閔元佑,男,1939年5月出生,上海市人。1963年畢業於哈爾濱工業大學反應堆工程專業,全程參加了核潛艇陸上模式堆一回路主系統的設計、安裝與調試。1984年起任核動力院設計部副主任及駐金山石化總廠設計隊副隊長,負責45萬千瓦金山石化核熱電站的設計工作。曾負責新型核潛艇動力裝置方案的設計和研究,參加和負責60萬、90萬千瓦及小型核電站的方案論證。1992年起任秦山核電站二期工程副總設計師及反應堆和主冷卻劑系統總設計師。2018年7月在成都去世。

[⑨]黃士鑑就是前述1970年8月30日在現場計算核實196堆達到滿功率的那位工程師。根據不完整信息,他從上海交通大學畢業,1960年代初期在715所工作,1969年從北京來到909基地,曾任核動力院總工程師。

【鈦媒體作者介紹:本文來自《新火》的作者路風。他現為北京大學政府管理學院教授。1982年本科畢業於中央民族學院政治系;1991—1998年在美國哥倫比亞大學政治學系留學並獲得哲學博士學位。1982—1991年,曾先後在北京市委、北京市政府、國家經濟委員會和國家計劃委員會工作。1999年到清華大學執教,2003年調到北京大學並工作至今。

路風教授長期關注中國的技術進步、工業發展及其政策問題,始終堅持為自主創新張目,為本土工業執言。他對汽車、大飛機、通信標準、核電、高鐵、液晶面板、數控機床等產業的一系列研究產生了相當大的社會影響。

2006年首次出版、2019年再版的《走向自主創新》一書滋養了國內一代創新研究後學;2012年發表在《中國社會科學》上的《“雙順差”、能力缺口與自主創新——轉變經濟發展方式的宏觀和微觀視野》(與餘永定一同撰寫)於2014年榮獲“張培剛發展經濟學研究優秀成果獎”;2016年出版的《光變》於2018年獲評 “蔣一葦企業改革與發展研究獎”。】

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