副总设计师刘昌文：为“华龙一号”安上“中国芯”丨我和我的祖国

封面新闻记者 边雪

从1991年起参加工作，“华龙一号”是刘昌文30余年间的“主旋律”。

1996年的秋天，在距离成都百余公里的山间，刘昌文与二十几名科研人员，在一栋两层办公楼里，激烈地争论。没人会想到，彼时关于“自主知识产权百万千瓦级核电”的研发主题的探讨，会成为今日中国实现双碳目标中，极为重要的一环。

刘昌文更没有想到的是，华龙一号在投入商用的3年后，就成为全球在建在运数量全球第一的三代核电技术。今年8月，封面新闻记者从中核集团获悉，华龙一号国内外在建在运机组总数达到33台，已成为全球在建在运机组总数最多的三代核电技术，标志着中国核电技术与综合竞争力跻身世界第一方阵。

“华龙一号从图纸走到现实，并走向世界，是一波三折的。”“华龙一号”副总设计师、核反应堆及一回路系统总设计师刘昌文，在接受封面新闻记者专访时直言：“研发团队的很多人都为它掉过泪，我也是。”

“华龙一号”副总设计师刘昌文（封面新闻记者 边雪 拍摄）

中国核电的国产化之路，始于20世纪80年代，与之同频共振的，是中国装备制造业的成长蜕变。

国产化率是指核电设备在国内生产部分所占的比例，在制造业领域，国产化率越高，意味着一个国家在生产制造技术、产业、市场等方面的竞争力越强。

“最初，我国引进法国先进压水堆核电技术（M310堆型），在改革开放前沿的深圳建设了中国首座大型商用核电站——大亚湾核电站。其间，法国公司全面主导包括核电站设计、设备制造及建造在内的电站建设全过程，中方参与并学习核电站建造技术，逐步了解建设的相关标准、法规。”刘昌文告诉封面新闻记者。

20世纪90年代初，我国自行设计、建造和运行管理的第一座30万千瓦压水堆核电站——秦山核电站投入运营。1996年秋天的那次讨论发生时，秦山核电站的二期主体工程正在建设，工程设计装机容量为两台65万千瓦压水堆核电机组。

刘昌文也参与了那次讨论：“虽然秦山二期还在建设，但那时大家已经在讨论，什么时候中国能有自己的百万千瓦核电机组。”

核电站中，核燃料扮演着至关重要的角色：核燃料在反应堆内发生反应放出核能，产生蒸汽驱动汽轮机，带动与汽轮机同轴的发电机发电，实现核能到热能再到电能的热量转换。

在庞大的核反应堆中，铀燃料被安放在这根约4米长的金属管里，为了方便储存和运输，研究人员将浓度3%—5%左右的铀加工成燃料芯块，装进金属管中制成燃料棒，264根燃料棒束在一起成为一组燃料组件，再由一定数量的组件进一步组合成反应堆的堆芯。

堆芯，也被称作反应堆的心脏。“在国外的‘121堆芯’‘157堆芯’等技术的基础上，我们创新性地提出了‘177堆芯’的概念。”刘昌文告诉封面新闻记者，这一设计不仅可使核电机组的发电功率得到5%至10%的提升，同时也通过降低了堆芯内的功率密度，提高了核电站的安全性。“更重要的是这样一颗强健的‘心脏’，是完全由中国人自己设计，是一颗独一无二的‘中国芯’。”

从“157”到“177”，看似简单，实则复杂。在充分考虑热量传递、燃料富集度等组件之间相互制约的因素后，还要提升堆芯性能，并不是一件容易的事情。

据刘昌文回忆，为在参数的平衡间找到最优的布置方式，科研人员自我加压，艰难攻关，在堆芯装载方案没有颠覆性调整的情况下，成功地将组件最大燃耗降低到了限值以内，在安全性、经济性和对下游专业的影响之间取得了较好的平衡。

刘昌文自己总结了华龙一号的三个关键词，除了自主研发的“177堆芯”，还有“能动＋非能动”。

采用了“能动＋非能动”的安全系统设计，是“华龙一号”的另一个重要特点。“能动”，即靠电来驱动安全系统来保障核电站正常运行，如出现断电等极端情况，“非能动”就显得尤为重要。“‘非能动’依靠重力、温差和压缩空气等自然力来驱动安全系统，可以保证核电站在断电情况下，依旧安全可控，也就是通过蒸发、冷凝、对流、自然循环等自然过程来带走热量。”刘昌文向记者解释道。

此前，国际上的核电型号中，有的强调“能动”，给安全系统做“加法”，有的型号则强调“非能动”。“华龙一号”独创性地采用能动加非能动安全设计理念，既保留了能动系统成熟、高效的特点，又充分利用非能动系统基于自然循环、重力以及无需电源的固有特性，提高了安全措施的先进性与可靠性。“能动+非能动”的安全设计，在保证堆芯冷却、保证压力容器完整性和安全。

“除了‘177堆芯’和‘能动+非能动’，‘华龙一号’还有一个重要特点，它是我国具有完全自主知识产权的核电型号，共获得七百余件专利和一百余项软件著作权，覆盖了设计技术、专用设计软件、燃料技术、运行维护技术等众多领域。中国核电人可以挺直腰杆，送‘华龙一号’出海。”刘昌文说。

创新是引领发展的第一动力。据刘昌文介绍，在华龙一号研发设计过程中，从基础性应用技术研究、反应堆、先进核燃料、安全系统设计到装备研制，组织开展一系列重大自主攻关，在掌握关键核心技术的同时，还突破了多项技术瓶颈，形成700余项专利技术，开发出120多项应用技术软件，建立起了完整的自主技术体系和知识产权体系。

此外，华龙一号创新的核岛设计，全面提升抗震能力，采用单堆布置设计，有利于减少机组间相互影响，提高核电选址灵活性。而反应堆厂房，则采用双层安全壳设计，在为包容放射性物质提供了额外屏障的同时，强化了反应堆对于外部灾害的抵御能力。“核岛关键厂房外墙采用抗大飞机撞击设计，在假想的大飞机撞击事故发生时，可以确保反应堆的安全性，还可以有效抵御8级地震。”刘昌文说。

自2015年5月全球首台机组落地福建福清以来，华龙一号机组建设已呈遍地开花之势。在国内，华龙一号已然是当前我国核电项目建设的主打堆型。除福清核电5、6号机组建成投产外，华龙一号还分别落户在广西防城港、福建漳州、海南昌江等地。

“华龙一号的成功投运，也验证了我们设计的成功。”刘昌文告诉封面新闻记者，随着技术的进步和各种要求的进一步提升，团队也在根据项目运行经验的反馈，进行华龙一号的优化升级，其中数字化建造是一项重点。“我们正结合当今大数据、数字化、智能化等数字技术的发展，对华龙一号进行技术升级，让很多的设备能够实现在线的数据自我收集、自我诊断，及时提醒，进行一些预防性的维修，进一步提升华龙一号的安全性和可靠性。”

当前，在世界核电市场上，华龙一号与美国、法国和俄罗斯的核电技术同台竞争，显示出了强大的生命力和市场竞争力，已成为最具竞争力的三代核电机型之一。

“在目前已有的华龙一号核电开发项目当中，包括阿根廷、沙特等各个国家，都得到了这些国家的官方认可。”刘昌文告诉封面新闻记者，核电作为清洁能源的一部分，已经成为我国核电建设的生力军和主力机型。“下一步，我们思考可以和其他的清洁能源，比如说风电、氢电、光电等方面进行一些耦合设计，能够互相调节，进一步提升清洁能源在整个国家能源体系当中的贡献比。”

这是一场广泛而深刻的变革，在这场低碳科技革命中，中国能源含“绿”量不断提升。

发展核电机组，意义重大。“促进绿色低碳转型是大势所趋，具体对于核电来讲，华龙一号在建的很多机组，也进行了适应性的优化升级。”刘昌文向封面新闻记者透露，华龙一号的后续机组，也正在研发过程当中。“相信新的技术很快可以和大家见面，在智能化、新材料、新技术、新理论等方面实现突破，不断提升安全性与经济性，将为实现‘双碳’目标、建设美丽中国作出更大的贡献。”