游战洪 刘年凯 李玉箫学妹超乖
王大中主理商酌、想象、建造了世界首座一体化当然轮回压水堆和世界首座具有固有安全特征的模块式球床高温气冷堆。他率领团队走出了中国第四代先进核能本领从跟跑、并跑到领跑世界的告捷之路。
2021年11月3日，中国2020年度国度科学本领奖励大会在北京东谈主民大礼堂高峻召开，第十届天下政协常委、清华大学原校长、清华大学核能本领想象商酌院原院长兼总工程师王大中院士荣获“国度最高科学本领奖”。
建堆建东谈主
1953年夏，王大中从南开中学高中毕业，考入清华大学机械系。1955年秋，清华大学从各系二年级中选出46位优秀学生到工程物理系(简称工物系)，构成物八班。王大中从机械系调入物八班，成为工物系第一批学生。
到了高年级分专科时，王大中并莫得像其他收货优秀的同学那样弃取核物理专科，而弃取了响应堆专科，并将其当作我方终身钻研的主攻主张。1958年7月，王大中大学毕业，成为中国第一批原子能专科毕业生。他留校使命，最先参加了清华大学屏蔽磨真金不怕火响应堆的想象与缔造。
屏蔽磨真金不怕火响应堆为想象新的原子响应堆(特殊是能源堆)以及防辐照性的国防与工业建筑提供屏蔽想象的数据。此外，还附设一座零功率践诺响应堆，供新想象的原子响应堆作念物理模子践诺。其时从苏联入口了两套轻水践诺堆元件，其中一套由扶植部拨给清华大学，野心在校内缔造一座功率为2000千瓦的轻水屏蔽践诺堆。
工物系副主任兼响应堆教研组组长吕应中，率领一支以清华大学工物系年青西宾和高年级学生为主干、平均年岁惟一23岁半的百来东谈主科研队伍，在政事畅通不竭、经济特殊用功、莫得中新手家指导、阅历阑珊、器材匮乏的沉重条目下，摈斥各式侵扰和用功，一举建成屏蔽磨真金不怕火响应堆。1960年3月5日，屏蔽磨真金不怕火响应堆(代号“901堆”)工程发达破土动工。1964年9月20日，零功率响应堆初次启动，一次告捷运行。9月27日，屏蔽磨真金不怕火响应堆手动启动一次告捷，10月1日自动启动再次告捷。这是中国科学家和工程师自主想象、建造、装置和告捷运行的原子响应堆，在多用途想象、自动化进程和安全性能方面越过了异邦原参考想象的水平，为新中国核能功绩发展培养了一批能“真刀真枪”想象、建造、运行、操作核响应堆的专科本领东谈主才。
由于隐蔽需要，由901堆发展成的核能商酌基地领先叫作念清华大学磨真金不怕火葬工场(简称试化厂);1979年更名为核能本领商酌所(简称核能所);1990年更名为核能本领想象商酌院(简称核研院);2003年更名为核能与新能源本领商酌院。由于领先的工程代号为“200”，清华东谈主一直称核研院为“200号”。
王大中当作后生科研主干，在缔造屏蔽磨真金不怕火响应堆的经过中，按照蒋南翔校长其时强调的“建堆建东谈主，在实战中成长”“敢想敢干敢转行”要求，从作念模子、跑材料、土建装置到调试运行，全程参与建堆。从响应堆物盼望象，到响应堆零功率物理践诺，再到响应堆热工水力学想象与践诺，他边干边学，每次皆创造性地完成了任务。通过推论磨真金不怕火，他拓宽了专科常识领域，掌执了核响应堆表面分析方法及践诺商酌的手段，熟悉和升迁了处单干程本体问题的才调。
200号的年青缔造者（1960，核研院历史尊府相片）
屏蔽磨真金不怕火响应堆建成后，吕应中率领200号的科研主干，信心百倍，开动商酌和想象新式响应堆。但好景不常，“文化大立异”席卷天下，清华大学首当其冲，200号的科研使命被动中断，吕应中被转到北京卫戍区关押，王大中与其他本领主干也受到冲击。
1968年，吕应中在狱中脱手想象出一种先进响应堆——增殖堆。增殖堆遴荐中国储量丰富的核燃料——钍，坐蓐出的核燃料比破钞掉的核燃料多。1969年，他通过其时的工宣队向中央上交《对于商酌“钍增产堆”的建议》。建议引起中央的喜爱，周恩来总理先后作两次批示。中央后遴荐吕应中的建议，决定在清华大学200号缔造钍增殖堆，代号“03—820”工程。
“820”工程的野心是建成一座钍增殖堆核电站，想象热功率10万千瓦，电功率2.5万千瓦。钍增殖堆是用铀—235作念燃料，欺诈铀裂变产生的剩余中子使钍—232飘荡为一种新的可裂变核燃料——铀—233。工程于1969年底开动，200号蚁集力量，开展科研与想象。1970年底学妹超乖，学校从江西鲤鱼洲农场召回下放工作的部分教职工，参与“820”工程缔造。王大中于1971年年中被召回，领先负责建立铅铋合金的热工践诺回路，后担任响应堆总体室主任。
“820”工程上马时，弃取铀—铋堆有野心。该有野心遴荐熔融的铀—铋合金作念堆芯燃料，含钍的氯化物熔盐作念增殖层。1972年，铀—铋堆有野心改为熔盐堆有野心，燃料改为氟化铀—氟化钍—氟化锂—氟化铍。由于熔盐堆的枢纽本领仍难以攻克，1974年又将钍增殖堆改为双球气冷堆有野心。“820”工程从1970年上马到1976年，终因枢纽本领未能破损，国度计委和建委于1979年决定工程停建。过后，王大中顾忌合计，“820”工程短命的首要原因是对钍增殖堆研发难度的揣摸不及。其时细则的工程野心过高，限期工程过短，以致时势难以完成。
“竣事了一个遗迹”
高温气冷堆是1960年代开动发展起来的一种先进的响应堆，以氦气作念冷却剂、耐高温的石墨材料为慢化剂，堆芯温度限值高达1600℃，出口温度可达950℃，能得回更高的发电遵守。比拟之下，压水堆核电站一趟路压力壳冷却剂出口温度约325℃，入口温度约290℃;二回路蒸汽温度275~290℃，发电遵守33%~34%。高温气冷堆出来的氦气径直鼓舞氦气透平发电，其发电遵守可达45%~47%，高于重水堆和轻水堆。
1980年，联邦德国科学家建议新一代模块式高温气冷堆见解，本领特质有：微型化，通过裁汰单堆的功率和功率密度，使响应堆在职何事故情况下，皆不错将堆芯剩余发烧通过导热和辐射载带出去，具有固有安全秉性;模块式，把响应堆想象成一个中微型的程序堆(如热功率为20万千瓦)，便于在工场中高质地地批量加工制造，当需要缔造一个大的核电站时，可把多个响应堆并联起来，经济且生动;球床堆芯，用球形燃料元件构成响应堆堆芯，可随时联结装卸核燃料，无需如期停堆拆卸更换燃料元件，升迁了核电站的可欺诈率以及响应堆的功率输出和安全性。
核能所最早战斗高温气冷堆的是吕应中。1966年，英国主办高温气冷堆国际会议，清华大派系代表团参加。吕应中当作副团长参会，开动了解高温气冷堆，并在会上结子联邦德国核能巨匠、于利希核商酌中心响应堆发展商酌所长处、“球床高温气冷堆之父”苏尔登(R. Sculten， 1923—1996)博士。“820”工程改为双球气冷堆有野心后，吕应中开动商酌和部署高温气冷堆的一些枢纽本领，如包覆颗粒燃料元件，铀、钍燃料后处理，氦气发电等。1979年，苏尔登应邀来核能所讲学，鼓舞了高温气冷堆在中国的商酌与中德本领互助。他除扶植高温气冷堆的基本常识外，还珍惜先容联邦德国想象、建造与运行高温气冷堆的主要阅历与教会，并默示称心采纳核能所四位科学家到于利希核商酌中心使命，学习高温气冷堆商酌机密领等。
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苏尔登（着西装者）与举座学员合影（1979，核研院历史尊府相片）
1980年下半年，王大中获联邦德国洪堡奖学金，去亚琛工业大学进修高温气冷堆专科。他先在德国歌德学院学了四个月的德语，1981年1月，到达于利希核商酌中心。
1979年3月28日，好意思国三哩岛核电站发生堆芯熔解的严重事故，在国际核能界引起很大的飘荡。该事故径直影响王大中进修的课题主张，他在苏尔登开出的四个商酌课题中，已然弃取了“模块式中微型高温气冷堆的想象和商酌”。之是以弃取模块式高温气冷堆，即是因为该堆型具有固有安全性，堆芯的确不会熔解。王大中在分析模块式中微型高温气冷堆的固有安全性时，很快发现一个瑕玷，即是响应堆作念得较细长，功率较小，其时单堆热功率最高只可达到25万千瓦。
导师苏尔登明确见告不行能升迁模块式中小高温气冷堆的单元功率，但王大中仍对峙商酌如安在不越过1600℃的情况下扩大功率。他作念了一百多个有野心的想象、商酌、分析，凭借国内跟共事一谈商酌钍高温气冷增殖堆双区球床堆芯有野心时积聚的阅历，建议双区球床堆的新见解——环形堆芯模块式高温气冷堆，堆芯最热的内环用石墨球代替燃料球，外环全部叮咛燃料球，使模块式高温气冷堆的想象功率一下子升迁到50~60万千瓦。
有了想象见解和表面模子后，下一步即是商酌分析。其时联邦德国干系石墨商酌的模子有好多，联邦德国电气中心领有欧洲顶端的商酌机和成套的软件，对异邦粹者怒放。王大中充分欺诈这个故意条目，为细则石墨环形叮咛能裁汰几许温度进行了大宗的商酌分析。苏尔登对这个终局十分传诵，同意地说：“曩昔合计单堆功率升迁10%就很终止易了，目下你的想象一下子升迁了一倍多，这是很了不得的，应该肯求发明专利。”
王大中随即向吕应中文告，清华大学接济他肯求专利。经苏尔登推选，专利“一种在严重事故下具有安全自巩固性的球床核响应堆”很快得回联邦德国专利局的批准，而况分离向好意思、英、法、日、意、苏等国专利局进行了登记。于利希核商酌中心设有专利办公室，他们出钱接济王大中肯求专利，且明确了中国统统有权益使用这项专利，专利发明东谈主就王大中一东谈主。联邦德国报纸报谈说：“中国东谈主竣事了一个遗迹!”
肯求完专利后，苏尔登建议王大中在这个基础上撰写论文。经向学校文告求教后，王大中接着进行环形球状堆的见解想象。响应堆想象是抽象性的使命，包括中子物理商酌、热工水力学想象与商酌、堆芯结构想象及主要开采的选型等，每每需要物理、热工、结构、开采等多方面的巨匠共同互助才能完成。五个月夙兴夜处地使命，他独自完成了响应堆想象，打印终局的要领纸穿孔折叠起来有三米多高。
苏尔登等巨匠对此想象感到十分清闲，建议王大中把这项遵守写成博士论文。王大顶用德文写稿、答辩，并以“全优”收货通过论文答辩。1982年9月，他得回亚琛工业大学当然科学博士学位。
从跟跑、并跑到领跑
1982年10月，王大中归国，在清华大学担任核能所副长处，主理对原有屏蔽磨真金不怕火响应堆的本领改革，以及低温核供热磨真金不怕火。1983年11月14日，改革后的屏蔽磨真金不怕火堆低温供热系统插足运行，对核能所三座践诺大楼共1.62万往往米的建筑面积进行供暖。供暖不时50多天，现场监测标明，核供热对环境并无沾污。1984年2月21日，这项践诺遵守通过本领核定，国度教委本领核定委员会一致合计：“清华大学核能本领商酌所欺诈响应堆的余热供暖，在本领上是可行的，运行是安全的，供暖效果精雅。此次践诺的告捷，在国内初次竣事了践诺规模的核供热，开辟了一条核能应用的新路线，对进一步发展地区性的工程规模的低温核供热起了一定的促进作用。”
1980年代中期，王大中主盼望象与研制告捷5兆瓦低温核供热堆，该堆具有一体化、自稳压、当然轮回冷却、非能动余热载出等先进秉性。5兆瓦堆于1986年3月开工建造，1989年11月建成插足运行。低温供热堆使命压力1.5兆帕，堆芯出口温度198℃，三回路给水温度可达150℃。1989—1992年，联结三年为清华大学核研院5万往往米的建筑物供暖，成为世界上第一座插足运行的一体化当然轮回壳式低温核供热堆。它不仅可用于民用采暖，而且在工业上的应用长进宏大，举例同期兼顾工业用汽的需要、低温发电，热电联供、建筑物大面积制冷、海水淡化等。1990年，国内初次评比“十大科技新闻”，5兆瓦低温核供热堆入选;1991年获国度教委科技高出特地奖;1992年获国度科技高出一等奖。1995年3月5日，低温核供热堆当作取得破损性进展的五项紧要商酌时势之一，被列入《政府使命论说》中。
1985年，王大中出任清华大学核能所长处;1991年起担任清华大学核研院院长;1987—1993年，担任国度“863”高本领野心能源领域的首席科学家，具体率领商酌、想象10兆瓦模块式高温气冷堆。1992年，经国务院批准，10兆瓦高温气冷堆发达立项，1995年开工营建，2000年建成达到临界，2003年完成72小时满功率并网发电运行。该堆是世界首座插足运行的模块式球床高温气冷践诺堆，遴荐模块式高温堆想象见解和“肩并肩”式想象叮咛、非能动衰变热载出系统、包覆颗粒球形元件与新式燃料元件装卸系统、全数字化截止与保护系统，具有精雅的固有安全性。2003年2月27日，10兆瓦高温气冷践诺堆通过扶植部组织的科技遵守核定，核定意见合计：“10兆瓦高温气冷践诺堆的建造是在持久大宗科学商酌使命的基础上，充分吸取国际上先进阅历，自行商酌开发、自主想象、自主制造、自主缔造、自主运行的世界上第一座具有非能动安全秉性的模块式球床高温气冷堆。10兆瓦高温气冷践诺堆的建酿告捷秀气中国在高温气冷堆本领领域已达到世界先进水平，是中国自主商酌和开发先进核电本领取得的一项紧要遵守，为中国以及世界核能功绩的发展作念出了病笃的孝敬。”
1993年，王大中当选中国科学院学部委员。1994—2003年，任清华大学校长，与学校党政率工头子率领全校师生职工，按照“抽象性、商酌型、怒放式”的总体办学想路以及“三个九年，分三步走”的总体发展策略，加速清华大学缔造世界一流大学的法子。其间，清华大学基本完成抽象性学科布局，商酌型大学初具规模，怒放式办学态势初步形成，东谈主才培养质地不时升迁，学校总体办学实力、科研实力以及国表里影响力权贵增强，这是清华大学史上发展最快的时辰之一。
任清华大学校长时间，王大中仍兼任核研院总工程师，直到2007年才卸任。他长久参与10兆瓦高温气冷践诺堆的病笃使命。2003年4月，从清华大学校长岗亭退下后，他受聘参加制订《国度中持久科学和本领发展贪图选录(2006—2020年)》，担任“能源、资源与海洋”专题策略商酌组组长，主理率领干系领域巨匠完成该专题的策略商酌论说，建议“2035年前后中国成为核大国”的策略野心。
2006年2月，“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列为《国度中持久科学和本领发展贪图选录(2006—2020年)》16个紧要专项之一。2012年12月，高温气冷堆核电站示范工程在山东石岛湾发达开工营建。2021年9月12日，华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程1号响应堆初次达到临界景色。12月，清华大学与中国华能集团、中国核工业集团共同研发缔造的寰球首台具有固有安全性的模块式高温气冷堆核电站并网发电，谢世界范围内率先完成第四代核电本领落地，竣事了中国在该领域从跟跑、并跑到领跑的飞跃。
培育中德友谊之花
王大中不仅在核响应堆工程与安全领域取得了令世界小心的色泽建立，任清华大学核能所长处、核研院院长和校长时间，还在促进中德两国的科技一样、发展中德友好关系方面，同样留住许多佳话。
1989年，清华大学5兆瓦低温供热堆告捷临界运行后，弗莱厄(H. Frewer)博士发来贺电称：“这不仅谢世界核供热响应堆的发展方面是一个病笃的里程碑，同期对处分在中国以止境他好多国度存在的沾污问题方面亦然一个病笃的里程碑。”联邦德国西门子电站定约响应堆见解及发展部高等司理戈兹曼(G. A. Goetzmann)也发来贺电：“你们的磨真金不怕火供热堆是世界上第一座这种类型的模式堆……这种类型核供热站将为缓解中国的煤炭运载压力，并以较便宜的价钱提供不沾污环境的清洁能源等问题作念出紧要孝敬。”
1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站发生堆芯熔解的严重事故，大宗辐照性物资外逸。到1980年代末，高温气冷堆在全世界的发展濒临相配用功的时局。德国其时也取消了统共先进响应堆的发展野心，包括高温气冷堆、快中子响应堆等。1990年9月，于利希商酌中心凭据1985年与清华大学核能所签署的互助进行高温气冷堆本领商酌的条约，将一批枢纽开采包括磨真金不怕火回路氦风机、氦气净化系统、高压氦气压缩机、高压氦气罐及氦气阀门等40项54台件，无偿赈济并运抵核能所。经过多年极力，1995年5月10日，在中外洋交部、外经贸部、国度科委、核工业总公司和国度核安全局的淘气接济、指导和匡助下，在德国友好东谈主士的协助下，经巴黎统筹委员会批准，德国核化学冶金公司无偿赈济给清华大学核研院的高温气冷堆燃料元件全套制作开采安全运达。这套燃料元件制造开采的告捷引进，对于保证10兆瓦高温气冷堆的建成，具有病笃意旨。
1995年7月，德国核能巨匠戈茨曼(C. A. Goetzmann)退休后，给王大中写了一封要在清华大学核研院攻读博士学位的肯求信。他在信中写谈：“您可能会骇怪，我为什么弃取了贵校核研院?我对这个问题的谜底有两点。一是基于在开发中国供热堆的早期使命中，我与核研院的许多巨匠有过很广很深的本领估量。对我有诱惑力的是，核研院的声誉和其不同学科的巨匠之间的互助。在我看来，与他们一谈使命，配合得比我渴慕的以及我所经历的许多还要好。第二个原因即是，我信服中国不才个世纪将谢世界上起到相配病笃的作用，能有契机见证这一发展并为此作念些使命，岂论何等小，也必将给我很大的称心。”在王大中的指导下，他弃取了低温堆本领膨胀的本领弃取当作博士论文主题。经过三年，他完成了博士论文，论文对升迁中国微型开水堆的经济性作念了好多分析，论证了“规模经济”的适用条目，并建议了不少新的想象理念，比如靠响应堆的想象秉性减少安全系统。
王大中（左）为德籍博士生戈茨曼授予博士学位（1999，王呈选摄）
王大中担任清华大学校长时间，清华大学与亚琛工业大学开动互助举办“共同商酌、共同学习”双硕士学位聚会培养时势，这是清华大学与外洋高校间开展的首个双学位时势，1999年，中德两边扶植部部长签署条约，自2001年发达启动时势。
(作家游战洪系清华大学藏书楼副商酌馆员，刘年凯系清华大学科学史系助理教唆，李玉箫系清华大学电子工程系2018级直博生。)
（本文刊载于2023年第75卷第3期《科学》杂志（P58-P62））学妹超乖