发展反应堆和加速器事业建设核工业强国

侯德义 / 文

我国第一座重水反应堆

今年是新中国成立70 周年，新中国成立时我国没有一座反应堆，没有一台加速器，反应堆和加速器事业是从零开始，经过六十多年艰苦创业到蓬勃发展，为铸就核强国做出了重要贡献。反应堆又称为核反应堆，是指能够通过装载核燃料维持可控自持链式核裂变反应，以实现核能和中子利用的装置；加速器全名为带电粒子加速器，是指用人工办法加速带电粒子，提供各种高能粒子束或辐射线的现代化装备。反应堆和加速器是人们认识原子核深层结构和探讨基本粒子特性的重要工具，是一个科研院所乃至一个国家发展原子能事业最为基础、最为核心的研究设施。在国防建设和能源安全方面，在核物理、生命科学、材料科学、环境科学、考古学等基础研究领域及工农业生产、离子注入、同位素生产和医疗卫生等核技术应用领域都有着极其广泛的应用。现在，新一代反应堆和加速器正在如火如荼地建设，它们的建成和使用将带领我们迈入崭新的核时代。

“一堆一器”奠定我国反应堆和加速器事业基础

1955 年，党中央作出了集中力量发展核事业的重要指示，决定从苏联引进一座7000 千瓦的重水型实验性重水反应堆和一台直径1.2 米的回旋加速器。中国原子能科学研究院（以下简称原子能院）在极其简陋的条件下开始了“一堆一器”的建造工作。1956 年5月26 日，重水反应堆和回旋加速器动工兴建；1958 年6 月10 日，回旋加速器调试出束； 6 月13 日，重水反应堆达到临界。同年9 月27 日，在我国第一座重水反应堆、第一台回旋加速器移交使用典礼现场，国务院副总理兼外交部部长陈毅为典礼剪彩，国务院副总理聂荣臻发表重要讲话。《人民日报》盛赞：它们的建成，标志着我国已经跨进原子能时代。“一堆一器”的建成，为我国反应堆和加速器事业发展奠定了基础、培养了大批核工业技术人才。六十多年来，我国反应堆和加速器事业一直在蓬勃地发展壮大，新一代反应堆和加速器正在如火如荼地建设，它们的建成和使用将带领我们迈入崭新的核时代。以“一堆一器”积累的技术和培养的人才为基础，带动了我国反应堆和加速器事业的发展，原子能院反应堆和加速器事业的发展就是一个缩影。以“一堆一器”为主要设备的综合性研究基地，是中国原子能事业取得辉煌成就的基础和先行。

以第一座重水反应堆为基础的反应堆事业发展

我国人口众多，能源消耗量大，面对资源枯竭和环境的日趋恶化，作为煤炭和石油的替代，中国将大力发展洁净的核能。我们知道，核电站的核心是反应堆。作为中国反应堆起步的摇篮，我国最早建立的反应堆研究基地与核燃料生产研究基地，原子能院为实现核能利用的美好前景，在核电的人才培养、基础研发，包括核电建设和运行方面发挥着重要的作用。先后开展了先进堆工程技术、快堆工程建设、新燃料元件、堆物理、核电安全、乏燃料处理、核燃料循环及洁净能源等围绕核能工程长远发展的课题研究，取得了显著的成绩。

原子能院自行设计建造了重水、轻水、快中子、固态零功率和游泳池式反应堆，承担了高通量堆的设计和科研任务，自行研制了微型中子源反应堆，成功对外援建了一座重水研究堆、一座重水零功率堆和多座微堆。还为我国生产堆和核电厂的设计建造和运行完成了大量的科研工作。中国实验快堆、中国先进研究堆研制成功使我国反应堆技术达到国际水平。

著名物理学家费米说过一句话：“首先发展快中子增殖堆的国家，将得到原子能方面竞争的利益。”中国实验快堆被列入国家“863”计划重大项目。这个从20 世纪60 年代就开始孕育的项目倾注了快堆事业开创者们太多的酸甜苦辣，历史不会忘记他们为中国实验快堆建设呕心沥血做出的巨大贡献。目前，在中国实验快堆建造成功的基础上，示范快堆各项建设工作正全面开展。

重水研究堆和60 年代建成的试验性游泳池式反应堆已超期服役运行了多年，一座代替旧堆、继续完成中国核事业光荣使命的新堆——中国先进研究堆在科技工作者们的努力下建成。此堆采用了许多新的设计理念和技术，安全性能、技术指标达到当前的国际水平。它可以充分利用反应堆产生的强中子源开展科研工作，对核物理基础研究、核技术应用发挥着重要作用。

微堆投资小，建设周期短，具备安全、便宜、简单，便于操作的优点，从1988 年到1996 年，先后在北京、深圳、济南和上海建了四座，并向加纳、巴基斯坦、伊朗、叙利亚和尼日利亚出口了五座，为援助发展中国家开展和平利用原子能做出了突出贡献。习近平主席对微堆低浓化十分关注。在华盛顿核安全峰会上，习近平主席庄严承诺中国将协助加纳完成微堆低浓化改造工作，并正式提出了“加纳模式”。2017 年8 月，原子能院完成加纳微堆低浓化改造，这是我国自主创新的标志性技术突破，也是我国政府在防止核扩散方面做出的一项重要贡献，被评为2017 年度中国十大核科技进展。

“燕龙”泳池式低温供热堆可用来实现区域供热。2017 年11 月28 日，中核集团在原子能院启动的供热演示项目49-2 泳池式反应堆实现安全连续供热168小时，充分验证了可行性和安全性，为后续低温供热堆型号设计研发，提供了有力技术支持，标志着中核集团在核能供热技术领域取得重要进展，入选2017年度国防科技工业十大新闻。

以第一台回旋加速器为基础的加速器事业发展

加速器是核物理研究和核技术应用不可缺少的工具，它的发展历程和原子能院核物理、核技术应用事业的发展过程紧紧联系在一起。在引进“一堆一器”的同时，我国科研人员自行研制成功50 台仪器设备，其中，赵忠尧和杨澄中主持建成了我国第一台700KeV 大气型质子静电加速器，杨澄中设计建成的400KV 高压倍加器，在赵忠尧、李正武领导下，主持研制成功2.5MeV 的高压型质子静电加速器都先后投入运行。谢家麟用8 年时间技术攻关，克服了一系列技术难题，于1963 年建成了我国第一台可向高能发展的30MeV 的电子直线加速器。这几项研究成果，开创了我国粒子加速器的技术研究工作，对我国的核事业具有举足轻重的作用。

1996 年，新一代30MeV 强流回旋加速器在原子能院研制成功，这是我国第一台自主研制的回旋加速器，被两院院士投票评为“1996年中国重大科技事件”。强流质子回旋加速器的建成结束了我国不能用加速器批量生产中短寿命放射性同位素的局面，标志着我国回旋加速器的研制能力达到了一个新水平。2016 年，100MeV 质子回旋加速器研制成功，使我国强流质子加速器技术水平达到国际前列，入选中国十大科技进展新闻。在此基础上230MeV 超导质子回旋加速器正在研制。

回旋加速器在原子能院不断发展的同时，串列加速器也在积极发展。20 世纪70 年代末，国家批准从美国引进HI-13 串列加速器，头部高压13MV，可以加速轻重离子。1987 年8 月，通过国家验收正式交付使用，1988 年建成北京串列加速器核物理国家实验室。串列加速器的建成所起的作用，正如王淦昌先生1986年5 月在北京国际串列加速器核物理讨论会上致辞所说：“串列加速器的建成，是我国核物理发展史上的里程碑。”“为我国低能核物理基础研究创造了一个可以追求国际水平的平台，成为我国低能核物理对外开放的窗口。”30 年来，在HI-13 串列加速器上建设了多个实验终端，开展了许多技术改造，成功实现主要部件国产化，节约了大量经费；在串列加速器上开展的核物理基础研究、应用研究、核数据研究以及辐射物理与辐射生物研究取得重要成果。

北京放射性核束装置是作为原子能院“四大工程”之一的串列加速器升级工程，将100MeV 的回旋加速器和现有的13MV 串列加速器以及超导直线加速器连接起来，为我国的资源、环境、材料、生命等学科的发展提供重要的支撑。它是我国21 世纪的一台核科技的综合性研究设施。主要可以应用在核物理基础研究、核技术应用基础研究，对多个学科有辐射作用的研究工作，应用非常广泛。

加速器技术在核技术应用方面也取得了丰硕成果。广泛应用于工业探伤、食品保鲜、医疗用品消毒、海关检疫等领域，可以产生十分可观的经济效益。利用邮件、邮包散布炭疽菌等病菌病毒危害社会，造成人员伤亡和破坏通邮系统运行，是恐怖分子经常使用的手法。原子能院针对这一情况，利用加速器和电子辐照技术研究成功一种能杀灭在邮件中的炭疽菌及其孢子、霍乱、天花、鼠疫等病菌病毒的电子直线加速器。这套装置日处理邮件1 万封，是中国首台自屏蔽灭菌加速器装置，也是目前世界上重量最轻的自屏蔽灭菌加速器装置。2007 年，由原子能院自主设计研制的国内首台高能大功率电子辐照加速器装置开始运行。该装置是中国目前能量最高、功率最大，具备产业化应用条件的电子辐照加速器装置。到目前为止，原子能院已经研制生产了30 多台用于工业无损探伤、辐照和集装箱检测加速器。

回顾我国反应堆和加速器事业的发展历程，在六十多年反应堆发展技术积累的基础上，我国反应堆建设发展迅速，反应堆事业日渐壮大起来，华龙1 号核电站、高温气冷堆核电站、600MW 示范快堆核电站、多用途模块化小堆和海上浮动核电站，ADS 先进核能系统，中国聚变工程实验堆等许多型号反应堆将研发建成。在六十多年加速器发展的基础上，我国核物理基础研究应用加速器平台发展路线图已经明晰，从1986 年建成的北京串列加速器、1988 年建成的兰州回旋加速器，到2014年建成的北京放射性核束装置、2018 年建成的兰州储存环，再到2021 年即将建成的强流重离子装置和2026 年即将建成的北京ISOL 装置。新时代反应堆和加速器事业的发展壮大，将为我国建设核工业强国做出更大的贡献。