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“華龍一號(hào)”啟動(dòng)試驗(yàn)

成為我國(guó)核電新名片

振奮人心

西安交通大學(xué)NECP團(tuán)隊(duì)

自主研發(fā)核電工業(yè)軟件

為我國(guó)核能發(fā)展

貢獻(xiàn)了重要力量！

2021年1月30日，全球第一臺(tái)“華龍一號(hào)”核電機(jī)組——中核集團(tuán)福建福清核電5號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，成為世界上為數(shù)不多的真正掌握自主三代核電技術(shù)的國(guó)家?！叭A龍一號(hào)”首堆所有核心設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)，所有設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)88%，完全具備批量化建設(shè)能力。

2020年10月21日，我國(guó)自主研發(fā)的三代核電“華龍一號(hào)”全球首堆福清核電廠5號(hào)機(jī)組首次達(dá)到臨界，向建成投產(chǎn)邁出了重要一步。 “華龍一號(hào)”是我國(guó)具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電技術(shù)， 它是中國(guó)核電走出去的旗艦，也是我國(guó)科技走向世界的一張新“名片”。

西安交通大學(xué)核工程計(jì)算物理實(shí)驗(yàn)室NECP團(tuán)隊(duì)(簡(jiǎn)稱“NECP團(tuán)隊(duì)") 自主研發(fā)的核電工業(yè)軟件成功高精度地預(yù)測(cè)了該機(jī)組首次啟動(dòng)的臨界硼濃度充分展示了我國(guó)核電 “軟”實(shí)力，并為核電機(jī)組的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

十年磨一劍，自主軟件初露鋒芒

“華龍一號(hào)”是我國(guó)具備完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代先進(jìn)壓水堆核電型號(hào)。壓水堆通常采用硼酸溶液來(lái)控制堆芯的反應(yīng)性，硼濃度直接影響堆芯性能。硼濃度過(guò)高，反應(yīng)堆無(wú)法達(dá)到臨界、正常工作; 硼濃度過(guò)低，則可能引發(fā)嚴(yán)重的堆芯超臨界事故。

“核反應(yīng)實(shí)際上是中子與原子核相互作用，通過(guò)原子核的質(zhì)量虧損釋放巨大能量，我們可以將核反應(yīng)堆啟動(dòng)類比為汽車點(diǎn)火發(fā)動(dòng)，從點(diǎn)火到穩(wěn)定運(yùn)行是最關(guān)鍵的過(guò)程。如何精確預(yù)測(cè)堆芯臨界狀態(tài)下的硼濃度，對(duì)于核反應(yīng)堆的安全啟動(dòng)至關(guān)重要。"NECP團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、“863"項(xiàng)目首席科學(xué)家吳宏春教授表示。

正所謂買船容易造船難。也正是為了實(shí)現(xiàn)真正的自主創(chuàng)新，NECP團(tuán)隊(duì)十余年來(lái)克服種種困難，潛心攻關(guān)核電關(guān)鍵技術(shù)，終于取得突破，成功研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)壓水堆燃料管理軟件Bamboo-C和數(shù)值反應(yīng)堆確定論高保真計(jì)算軟件NECP-X。

福清核電廠業(yè)主公司和NECP團(tuán)隊(duì)采用這兩套軟件，背靠背地分別建立了精細(xì)的“華龍一號(hào) ”計(jì)算模型，精確預(yù)測(cè)了“華龍一號(hào)”首次臨界的關(guān)鍵安全物理量臨界硼濃度。

吳宏春表示，“這次應(yīng)用我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的軟件計(jì)算出的臨界硼濃度值與實(shí)測(cè)值之間的誤差僅為1ppm (1ppm等于百萬(wàn)分之一) 和9ppm, 預(yù)測(cè)精度顯著高于國(guó)際同類計(jì)算軟件。"充分展示了NECP團(tuán)隊(duì)研發(fā)軟件在商用核電廠中實(shí)際應(yīng)用的效果。

作為我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的三代核電技術(shù)，“華龍一號(hào)是目前國(guó)際上實(shí)現(xiàn)商用發(fā)電的最先進(jìn)的堆型之一。吳宏春坦言，“我國(guó)三代核電的技術(shù)水平與美國(guó)、法國(guó)等國(guó)家已基本相當(dāng)，采用的研發(fā)思路更先進(jìn)，在堆芯設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面都有創(chuàng)新，且具有很高的安全系數(shù)，“華龍一號(hào)全球首堆順利達(dá)到臨界狀態(tài)是國(guó)之驕傲，非常振奮人心。

如今，作為中國(guó)核電走出去的旗艦，“華龍?zhí)栆殉晒ο虬突固沟葒?guó)家出口，并與全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立了科技經(jīng)貿(mào)關(guān)系。

掌握核心技術(shù)，面對(duì)困境迎難而上

在我國(guó)核電不斷發(fā)展的歷史進(jìn)程中，從設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)營(yíng)均存在諸多技術(shù)難題。其中，壓水堆核設(shè)計(jì)軟件更是長(zhǎng)期受到國(guó)外的技術(shù)壟斷，成為我國(guó)核電技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵“卡脖子"難題。

由于核電設(shè)計(jì)軟件研發(fā)理論難度大、專業(yè)性強(qiáng)，我國(guó)早期投入不足,開(kāi)發(fā)過(guò)程面臨重重困難。而且，第三代核電技術(shù)本身就十分先進(jìn)，加之我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的“華龍一號(hào)有非常多創(chuàng)新之處，沒(méi)有國(guó)外現(xiàn)成的技術(shù)可供參考。

但就在這樣困難而艱巨的任務(wù)中，NECP團(tuán)隊(duì)卻當(dāng)起了“第一個(gè)吃螃蟹的人”， 他們迎難而上，完全靠自己在摸索中前進(jìn)。

“我們不僅要突破卡脖子技術(shù)，還要做得比國(guó)外更先進(jìn)?！?吳宏春表示，“強(qiáng)國(guó)不能沒(méi)有核電，科技報(bào)國(guó)是我們的心愿，就是再苦再難也要突破技術(shù)難關(guān),不能讓人家卡我們的脖子。”

羅馬不是一天建成的。任何突破與成果的取得都不是一蹴而就的， 核電科研攻關(guān)更是如此。至今，NECP團(tuán)隊(duì)成員萬(wàn)承輝副教授都無(wú)法忘記那段攻堅(jiān)克難的艱苦時(shí)光。

每天早上7點(diǎn)不到就去實(shí)驗(yàn)室，晚上11點(diǎn)之后才回家。無(wú)數(shù)個(gè)沒(méi)日沒(méi)夜科研攻關(guān)的日子早已成為家常便飯。強(qiáng)大的科研壓力，更是讓萬(wàn)承輝大把大把地掉頭發(fā)。記不清從什么時(shí)候開(kāi)始，養(yǎng)成了沾枕頭就能睡著的“好習(xí)慣”?！坝∠笞钌羁痰囊淮问浅孙w機(jī)去外地調(diào)研交流，想趁著飛機(jī)起飛前閉眼休息下，結(jié)果再睜眼時(shí)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)還在地面，后來(lái)才知道飛機(jī)已經(jīng)到達(dá)目的地了?！彼嘈Φ馈?/p>

縱然科研攻關(guān)的過(guò)程十分辛苦，但萬(wàn)承輝感到非常充實(shí)飽滿，“每天都可以朝心里的目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)靠近，這樣的工作激情給了團(tuán)隊(duì)很大的支撐。

歷經(jīng)十余年痛并快樂(lè)著的苦心研究，NECP團(tuán)隊(duì)攻克了一道又一道難關(guān)， 終于取得了重大突破。

兩步法是國(guó)際上核電反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的通用方法，但傳統(tǒng)兩步法存在精度和效率不足的問(wèn)題。針對(duì)這些技術(shù)難題，NECP團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了先進(jìn)的“兩步法”，具有更高的計(jì)算精確度和模型精細(xì)度，并開(kāi)發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)壓水堆燃料管理軟件Bamboo-C。

此外，NECP團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出新一代的“一步法”?！耙徊椒壳霸趪?guó)際上尚處于研究的初步階段，“一步法目前在國(guó)際上尚處于研究的初步階段，而我們基于更先進(jìn)的理論方法，研發(fā)出的先進(jìn)'一步法，采用了很多特殊技巧提高計(jì)算效率和精度，突破了目前計(jì)算資源的限制?！眻F(tuán)隊(duì)成員、國(guó)家優(yōu)秀青年基金獲得者曹良志教授欣喜地說(shuō)。

值得一提的是，此次團(tuán)隊(duì)采用NECP-X軟件計(jì)算“華龍一號(hào) "臨界硼濃度，是國(guó)際上首次將“一步法高保真確定論計(jì)算軟件用于商用核電廠數(shù)值模擬;而準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果也恰恰印證了其高保真的特性。

踐行科技報(bào)國(guó)，把論文寫在祖國(guó)大地上

在核電技術(shù)領(lǐng)域里，NECP團(tuán)隊(duì)并不讓陌生人。

近年來(lái)，NECP團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)了包括國(guó)家“73863"、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、自然科學(xué)基金、國(guó)防預(yù)研等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目50余項(xiàng)，共發(fā)表SCI論文200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利50余項(xiàng)、軟件著作權(quán)30余項(xiàng)，獲國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)10余項(xiàng)。

這支團(tuán)隊(duì)之所以能夠?qū)覄?chuàng)佳績(jī)，離不開(kāi)背后為其提供源源不斷創(chuàng)新支撐的“堅(jiān)強(qiáng)后盾”——西安交通大學(xué)核工程計(jì)算物理實(shí)驗(yàn)室。

西安交通大學(xué)核工程計(jì)算物理實(shí)驗(yàn)室成立于2004年，其前身為1958年成立的反應(yīng)堆物理研究小組。實(shí)驗(yàn)室始終將國(guó)家責(zé)任牢記心頭，立志科技報(bào)國(guó)，長(zhǎng)期致力于核反應(yīng)堆物理創(chuàng)新研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為我國(guó)核能發(fā)展貢獻(xiàn)了重要力量。

目前，實(shí)驗(yàn)室擁有教授及副教授共9人;近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室已為我國(guó)核工業(yè)培養(yǎng)了百余名碩土和博士畢業(yè)生，他們現(xiàn)已成長(zhǎng)為各大核電集團(tuán)、研究院所或國(guó)防單位的領(lǐng)軍人才和技術(shù)骨干，一股具備核心創(chuàng)新能力的科研新勢(shì)力， 正冉冉升起。

談及團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，吳宏春自豪地說(shuō):“我們團(tuán)隊(duì)有四種精神，創(chuàng)新、進(jìn)取、協(xié)作、堅(jiān)持。核能研究實(shí)屬不易，但無(wú)論形勢(shì)如何變化，團(tuán)隊(duì)都始終面向國(guó)家重大科技需求，這是我們的科研興趣所在，一定會(huì)堅(jiān)持下去。”

如今核能發(fā)展十分迅速，NECP團(tuán)隊(duì)對(duì)于未來(lái)也有自己的發(fā)展規(guī)劃。曹良志表示，團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)研發(fā)了從前端的核數(shù)據(jù)加工到后端的堆芯設(shè)計(jì)與安全分析等全套分析軟件，“我們大概在10年前做出了一一個(gè)重要決策，就是從早期的基礎(chǔ)理論和方法研究轉(zhuǎn)向具有工程實(shí)用價(jià)值的軟件研發(fā)。正如習(xí)近平總書(shū)記所言，要把論文寫在祖國(guó)的大地上。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，就是要把多年來(lái)在實(shí)驗(yàn)室研究出來(lái)的基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為能為國(guó)家核能發(fā)展所用的設(shè)計(jì)分析軟件。”

除了上面提到的Bamboo-C軟化和NECP-X軟件以外，NECP團(tuán)隊(duì)還自主研發(fā)了適用于快堆物理設(shè)計(jì)的NECP-SARAX軟件、適用于屏蔽設(shè)計(jì)的NECP-MCX軟件和核數(shù)據(jù)處理軟件NECP -Atlas等。“當(dāng)前的核電設(shè)計(jì)基本都使用美國(guó)和法國(guó)的軟件。不過(guò)，中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件了，如果國(guó)外軟件被限制使用，我們的軟件也完全能勝任所有的設(shè)計(jì)計(jì)算工作，甚至可以做得更好。”曹良志說(shuō)。

下一步，NECP團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將所有軟件全部推向更廣泛的工程應(yīng)用，“我們想做的事就是讓中國(guó)的核電站，甚至外國(guó)的核電站都用我們的軟件，希望我們的軟件能有更多用戶，讓大家看到中國(guó)的核電技術(shù)也很棒。”吳宏春自信地表示，“未來(lái)，我們將依托中國(guó)西部科技創(chuàng)新港，繼續(xù)從基礎(chǔ)科學(xué)研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)品化，我們要讓自己的科研產(chǎn)生實(shí)際意義，讓西遷精神變成實(shí)實(shí)在在的對(duì)國(guó)家的貢獻(xiàn)。

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「出品 / 黨委宣傳部」

文字 / 新聞中心

圖片 / 問(wèn)煬

視頻 /郭欣瑞 司東建 曲浩然 崔可嘉

動(dòng)圖 / 艾雨菡

版尾設(shè)計(jì) / 劉鴻翔

值班編輯 / 艾雨菡

責(zé)任編輯 / 常帥