“功勋堆”助力蓝天保卫战——探访中国原子能科学研究院池式供暖反应堆

“功勋堆”助力蓝天保卫战——探访中国原子能科学研究院池式供暖反应堆

来源:人民日报海外版
“功勋堆”助力蓝天保卫战(前沿科创调研行之核能供暖①)
——探访中国原子能科学研究院池式供暖反应堆
“49-2”堆供热实验取得成功庆祝仪式。资料
“科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。”“创新是引领发展的第一动力。”“抓创新就是抓发展,谋创新就是谋未来。”这些振聋发聩的时代强音昭示我们,必须牵住科技创新这个“牛鼻子”,走好科技创新这步“先手棋”。
新中国70年来的发展实践雄辩地证明,推进科技创新必须坚持自立更生和对外开放相统一,在扩大科技领域对外开放的同时,清醒地认识到重大科技创新成果是国之重器、国之利器,必须牢牢掌握在自己手上,自力更生、自主创新。
本报自今日起推出“前沿科创调研行”系列报道,聚焦中国科技工作者在重大前沿科技领域的创新实践。我们将深入科研院所、工厂企业,现场感受中国科技创新的脉动,见证中国前沿科技创新一线的感人故事,记录中国大步迈向科技强国的铿锵脚步。
——编者
不知何时起,灰蒙蒙的天空和空气中隐约的炭火味儿成了中国北方一些地区寒冬的“标配”。据统计,北方建筑取暖总面积超过200亿平方米,其中约83%为燃煤取暖面积,取暖耗煤每年约4亿吨标准煤,不仅排放了大量温室气体,而且加剧了空气污染。找到可替代煤炭的清洁供热能源,成为一项重大而紧迫的任务。
近年来,核能作为一种清洁、高效的能源在供暖中的价值受到很多业内人士空前重视和社会舆论的广泛关注。核能供暖究竟是如何实现的?技术成熟吗?安全性到底如何?经济性怎样?带着这些疑问,笔者近日前往中国原子能科学研究院,探访成功完成核能供暖实验的泳池式核反应堆——“49-2”堆。
偏居一隅功勋卓著
太阳刚钻出地平线又隐匿在阴云中,路两旁的树木随风摇摆,枯叶飞舞。11月中旬的北京虽然在时令上刚入冬不久,但是一场寒流到来,气温直线下降,跌破冰点。
我们一早驾车从北京东三环向南出发,拐入京沪高速公路,而后沿南五环路越过凉水河一路向西,之后向南进入六环越过小清河。起伏的远山终于清晰起来。刚驶下六环不远,就看到路边标有“中国原子能科学研究院”字样的交通指示牌,继续开行约10分钟,导航系统提示我们,此行的目的地——中国原子能科学研究院到了。
出现在眼前的是一座大院,其宽阔的入口分为两个部分,右侧是一排闸机,供行人刷卡出入;左侧是供车辆进出的通道,武警值守在那里,执行严格安保检查程序。在工作人员的帮助下,我们登记之后得以入内。
中国原子能科学研究院建成于1950年,应国家核能研究之需而生。在这里,中国一代代核科技工作者潜心研究实验,创造出了中国核领域多项“第一”:第一座反应堆、第一台加速器、第一台中子晶体谱仪等。这里因此被誉为中国核工业的“摇篮”。
早晨9时已是工作时间,院内的主干道上很少看到人,宽敞的院区显得尤为空旷。除了几幢新建筑之外,院子大多是两三层的红砖老楼,掩映在高高的白杨树下,透着岁月的沧桑感。沿着路前行到一个丁字路口,一抬头,只见一座高耸的冷却塔矗立在不远处,其顶部散发的水蒸气随风缓缓飘散。
在工作人员的带领下,我们来到一座红砖小楼前,一位身着浅灰色工装的中年工程师迎了上来:“您好,我是‘49-2’池式供暖反应堆主任张亚东。”
“从外表看,这与普通楼房没什么区别,我们的核反应堆就在里面。”张亚东介绍说。在他的引导下,我们进入通往反应堆楼房的入口处,一名武警在哨岗区的监视器前执勤,他紧盯着监视器,认真核对每名来访者的信息。张亚东介绍说,这里的监控摄像头功能强大,甚至能捕捉来访者细微表情变化,一旦发现异常,比如变得愤怒、狰狞,就会立刻报警。我们通过审查和安检之后,终于进入“49-2”堆的楼前。
华丽转身使命光荣
步入楼内,首先映入眼帘的是门廊设置的一组展板,通过老照片展示“49-2”堆建造过程和发展历史。
“毛主席当年说,就是要一万年,也要搞出来核潜艇!中国核能科研人员深受鼓舞和激励,在北京西南燕山脚下的大石河河滩掀起了建设热潮。几年后,一座先进的核科研平台建成并投入使用。1964年12月20日,中国完全自主设计、建造的第一座反应堆‘49-2’堆首次达到临界。”张亚东介绍起来如数家珍。他说,“49-2”被誉为“功勋堆”,为材料辐照和核潜艇研发打下坚实的基础。
如今,“49-2”堆承担多项功能,包括同位素生产、核电厂仪器仪表考验、结构材料、燃料的辐照考验。“除此之外,‘49-2’堆还有一项重要使命:进行核能供暖演示验证。”张亚东说。
张亚东讲解“49-2”堆相关实验运行参数。芮钰雅摄
2017年3月,有关方面明确由中国原子能科学研究院牵头,利用“49-2”堆开展池式堆城市供热可行性研究及演示。11月,国家核安全局批准“49-2”池式反应堆低温供热改造方案。之后开展了供热工况的热工水力校核、供热回路及其控制系统改造等工作,新增独立封闭的二回路,通过二回路的二次换热后将热量接入供热管网,为研究院内两座办公楼及“49-2”堆厂房供热。当年11月28日,改造后的“49-2”堆实现安全供热168小时,标志着中国利用核能替代传统燃煤进行供热取得重大进展。
以“49-2”堆供热实验取得成功为契机,中国核工业集团有限公司正式对外发布了其自主研发的400兆瓦低温供热核反应堆“燕龙”,这是目前世界在研最大的供热核反应堆,每年可替代32万吨燃煤,减少烟尘排放3200吨,灰渣10万吨,采暖价与传统燃煤锅炉相当。
我们注意到,在门廊墙壁的暖气片上挂着“核能供暖”字样标识,“这个暖气片和传统锅炉供暖所用的是通用的,锅炉和核反应堆两个热源可随时切换。”张亚东说。
多重防护安全无虞
走过门廊,进入一个大厅,对着门的是一堵半弧形墙体,张亚东介绍说,这是面屏蔽墙,其后就是“49-2”堆。改造后的“49-2”堆是池式供热反应堆,张亚东对此解释说,所谓“池式”,顾名思义就是将堆芯放置于水池内,安放“49-2”堆的水池是一个横截面8平方米、深7.8米的半椭圆池。与深井池不同的是,“49-2”堆所在的池是从地平面而起建造的,高度达两层楼。
穿过大厅,沿楼梯拾级而上,到达第三层。那里是一个套间,进门的外间是小展厅,陈列着改造后的“49-2”堆模型,里间是反应堆主控室。在小展厅内,张亚东结合模型向我们介绍反应堆的构造和运行原理。他说,“49-2”堆主要由堆芯、堆池、冷却回路、控制系统等组成。堆芯是核燃料产生能量的地方,控制棒驱动机构操控着反应堆的起、停和功率。堆芯完全浸没于水池中,堆芯内的核燃料发生裂变,池内的水一方面充当冷却剂降低温度,另一方面能够屏蔽中子,保证了安全性。即使发生事故,堆芯也不会暴露,不会导致放射性物质泄漏,确保安全。张亚东强调,核能供热的安全性还体现在热量传递的三个回路设计上:第一回路把反应堆里的热量带出来,通过换热器,以物理换热方式传递到第二回路,以同样的方式再传递到第三回路,之后通过公共热网进入千家万户。“3个回路之间,只传递热量不传递介质,从而保障安全。”张亚东说。
“49-2”池式供热堆模型剖面图。芮钰雅摄
展厅陈列着“49-2”堆芯模型,张亚东介绍说,堆本体高约0.8米,堆芯半米见方,中间有44个方形孔,其中插入由16或15根燃料棒组成的组件盒。这些食指粗细的燃料棒长半米多,内部填充着铀235,外为铝包壳。在里间的主控室,我们看到,在约20平方米的房间里放着7台立式控制柜,控制柜上是反应堆各个环节的调节开关、参数仪表和控制屏。2名班组人员坐在电脑监视器和反应堆控制系统前,实时监测各项数据。张亚东告诉我们,由于泳池式反应堆结构简单,仅需要少量人员就可完成运行控制、安全监控、指挥调度和应急处置等日常工作。
从主控室出来,我们实地参观了改造后的“49-2”堆第二回路管道。它位于一层紧邻堆池后面一个10来平方米的房间内,经过隔热处理的管道纵横其间,多种阀门和压力仪表随处可见。张亚东结合现场设施,介绍水在回路中循环情况,特别结合换热器的位置讲解热量物理传导过程和确保安全的措施。
探访结束了,离开反应堆大楼,一阵凛冽的风吹过,顿觉寒意逼人,我下意识地裹紧了大衣。生产电力是民用核能传统利用方式,相对而言,核能供暖则鲜为人知。在京城西南的燕山脚下,运行半个世纪的中国“功勋堆”悄然间又立新功,圆满完成了核能供暖演示与验证。我们期待,不久的将来,核能可以取代燃煤锅炉,让人们在严冬里感受温暖的同时,看到更蓝的天。(记者田姬熔张保淑)

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