王大中院士獲得了2020年國家最高科學技術獎，實至名歸！他最主要的成就之一就是——高溫氣冷堆先進核能技術，在國際上被劃定為四代核能技術，最關鍵的是這是中國人幹出來的、引領世界的技術。

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以安全的名義，創出領先世界的四代核電

一提到核能，老百姓談核色變，無非是擔心核洩漏、核爆炸、核輻射等等。在專業人士眼裡，核能開發利用的安全性也是擺在首位的，其中最關鍵的是——核電站應對事故發生後堆芯餘熱的方式。主要有三種方式：

（一）增加多種供電方式、提高供電可靠性，從而用電這種“能動”方式冷卻核反應堆，並把餘熱帶出系統，增加安全性。二代核電站大多是這種設計，比如發生洩露事故的日本福島核電站。

（二）把冷卻水存放在高地，利用水的重力，自流到反應堆堆芯，這樣即使在事故時冷卻水仍然能夠自動冷卻堆芯，所以是非能動的冷卻方式，國際上三代核電大多采用這種技術。我國近些年利用自主智慧財產權技術建設的“華龍一號”、“國和一號”核反應堆，都是上的非能動技術。

（三）想法不讓堆芯在事故時產生過多的熱量，從而避免堆芯熔化，這是中國人給出的創新思路。怎麼辦？改變堆芯的物理特性，大大降低單位體積的堆芯發出的能量，這樣反應堆就不再依賴外部的冷卻降溫，而是透過自身就把熱量散發出去，而且還不損壞核燃料，這就是我國的高溫氣冷堆技術，國際公認的第四代核能技術，而這種創新的技術就是王大中院士帶頭研製的。

就憑這一點，國家最高科學技術獎頒給王大中院士，是不是實至名歸？

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王大中院士軼事

王大中院士是河北昌黎人，少年學生時代在天津求學，天津在1949年剛解放時，他上初二，插班到了南開中學，4年後在那裡高中畢業。多年以後，回憶中學時代，他仍對母校範孫樓裡的物理實驗室還有物理老師的教誨念念不忘。

中學畢業30多年以後，他還記得，在去南開中學上學的路上有路邊攤，他經常在那裡買到破舊的電氣零件，然後放學回家，自己試著做些小電器。從那時起，逐漸培養了對物理的極大興趣。這些都促使他後來考上了清華大學工程物理系，並從事核科學技術研究。

1955年，清華大學成立工程物理系，專門為國家培養原子能科學技術人才。就在那一年的暑假，王大中院士在清華機械系讀完大二，然後被調入工程物理系，成為該系第一屆學生。

到了高年級要分專業時，其他學霸們大多選擇了核物理專業，這是當時的主流思維；但是王大中院士卻有自己的思考，選擇了很多人不看好的核反應堆專業，沒想到這一選擇，影響了他一輩子。他為什麼這麼特立獨行呢？因為在少年時代一件事深深地影響了他。當時蘇聯第一座原子能電站——奧布靈斯克核電站剛剛執行，雖然功率只有5000千瓦，但是核裂變之後釋放的巨大能量，還有自動開啟的鑄鐵門後的反應堆，讓他印象深刻。為什麼原子能那麼厲害？正是這種好奇心驅動著他後來在大學選擇了核反應堆專業，併為之畢生奮鬥。

到了1958年，清華校長蔣南翔打算建設一座遮蔽試驗反應堆（功率2兆瓦），還要配套建設一個原子能科學技術研究與人才培養基地（當時稱200號）。那一年，王大中院士大學畢業，選擇留校參與反應堆的湊見工作。到了1960年，他們在燕山腳下開始建設試驗堆。從無到有，一直幹到1964年9月底，總算建成了。從做反應堆模型到建成零功率反應堆；從跑材料、搞加工，到參加土建與安裝；從系統除錯到反應堆一次啟動執行成功， 讓他對反應堆的認識由淺入深，從理論到實踐有了全面的瞭解。這個奮鬥歷程，王大中院士終身難忘，深深地影響了他一輩子。

在200號工作時的王大中院士

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為什麼要做高溫氣冷堆？

到了1981年，王大中院士去前聯邦德國於利希核研究中心做訪問學者，那裡是世界著名的核能研究基地。那個時候美國三哩島核電站事故剛剛發生不久，全世界的人們十分恐懼核輻射。基於安全這一點，王大中院士認為提高核反應堆內在安全性應該是一個值得研究的新領域，因此他選擇了“模組式中小型高溫氣冷堆的設計和研究”。

在當時，雖然德國人也提出了類似的概念，但是缺點也很明顯，堆功率上不去，只有20萬千瓦。王大中院士選擇了知難而進，他要做的是“所有優點我都要”，首先是高溫氣冷堆，然後要保證固有的內在安全性，還不能損失單位體積核反應堆的功率產出能力。好處都要，自然難度很大，他足足做了一百多個方案，根據與國內同事們一起積累的經驗，最終把堆功率從20萬千瓦一下子提高到50萬千瓦。以前的所有構想成為了現實。

王大中院士為什麼要費盡力氣地搞高溫氣冷堆呢？因為它太適應我們的國情了。基於高溫氣冷堆的特點，它並不需要大量的冷卻水，這樣一來，在遠離海岸的廣大內陸地區建設核電站就成為可能，對調整我國能源的空間格局有重要意義。

中國人搞出突破性的高溫氣冷堆，關鍵在哪一步？

王大中院士之所以能在德國科學家提出的高溫氣冷堆的基礎上，提出更大的創新，關鍵在於核燃料的構造上，大家通俗地講叫——燃料球，專業上最早提出的雙區球床堆新概念——環形堆芯模組式高溫氣冷堆。1981年，聯邦德國於利希核研究中心所長蘇爾登教授等人，提出了模組式球床高溫氣冷堆，蘇爾登教授也被尊為“球床高溫堆之父”，他對王大中院士的這一研究成果評價特別高，緊接著王大中院士設計發明了“一種在嚴重事故下具有安全自穩定性的球床核反應堆”，先後獲得前聯邦德國、美國和日本的專利審批。

後來，王大中院士回國後，繼續在清華從事這項研究。其中關鍵的燃料球技術最為亮眼，在模組化高溫氣冷堆中，冷卻劑選用氦氣，鈾燃料進一步被細分成許多更小的燃料顆粒，這樣一來，就增加了核燃料的散熱面積。每顆可燃料顆粒外面包覆了一層低密度熱介碳、兩層高密度熱介碳和一層碳化矽。即使這樣，包覆後的顆粒粒徑仍然小於1毫米，而且被均勻彌散在石墨慢化材料中。搞到這一步，就不用再考慮反應堆的冷卻是能動還是非能動了，因為用不上，沒有冷卻劑，堆芯也能自動散熱，而且確保核燃料元件完整不被破壞。

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高溫氣冷堆四代核電技術在中國的商用之路

時間轉眼到了2000年年底，清華核研院依據前面的研究成果，在不懈努力下，10兆瓦高溫氣冷試驗反應堆在北京昌平實現了首次臨界，並在2003年實現72小時滿功率發電。

有了這一成功的記錄，轉過年來2004年底，華能、中核與清華聯手合建高溫氣冷堆核電示範工程，在2016年這一工程被列入16個國家科技重大專項之一，選址在山東榮成石島灣。經過示範工程的建設執行，2011年3月1日，石島灣核電站透過國家最終審批，準備開建。

時光荏苒，10年後的現在，2021年9月12日9時35分，石島灣高溫氣冷堆核電站示範工程1號反應堆首次達到臨界狀態，機組正式開啟帶核功率執行，正在向著年內併網發電再近一步。

總結

看現在高溫氣冷堆四代核電在中國大地上開花結果，這一切都離不開當年王大中院士的科學理性的選擇，是他主導了我國四代先進核能技術從跟跑、並跑再到領跑世界的成功之路。時至今日，國家最高科學技術獎頒給王大中院士，實至名歸。