最高科学技术奖获得者王大中：实现反应堆固有安全的带头人
王大中近照
王大中，男，1935年出生于河北省昌黎县。中国科学院院士，国际著名的核能科学家、教育家。1958年毕业于清华大学工程物理系，1982年获德国亚琛工业大学自然科学博士学位。历任清华大学核能所研究室主任、所长，核研院院长、总工程师，以及清华大学校长等职务。曾任国家863计划能源领域首届专家委员会首席科学家，国家中长期科技规划能源领域首席专家，国务院学位委员会委员，中国科学院技术科学学部主任，中国核学会副理事长，国家核安全专家委员会副主任。现任国家战略咨询与综合评审委员会委员，国家核安全专家委员会资深委员。
王大中同志在先进核能技术研发领域几十年耕耘，主持研究、设计、建造、运行成功世界上第一座5MW壳式一体化低温核供热堆;主持研发建成了世界第一座具有固有安全特征的模块式10MW高温气冷实验堆，并积极推动以上两种先进反应堆技术的应用。王大中院士领导清华大学核能研究团队以提高核能的安全性为主要学术理念，走出了我国以固有安全为主要特征的先进核能技术从跟跑、并跑到领跑世界的成功之路。王大中院士曾先后获得国家科技进步奖一等奖两次(均为第一完成人)、国家教委科技进步特等奖、何梁何利科学与技术进步奖、国家级教学成果特等奖、全国“五一劳动奖章”等多项荣誉。
矢志报国，倾情一生寄核能
自从1938年科学家发现了核裂变，人类就进入了开发利用核能的时代。作为具有战略威慑力量的大国重器，核能聚集了世界各国战略家、政治家、军事家、科学家的目光。核能技术是当今世界高度敏感、高度垄断的战略高技术。
1955年我国政府做出了开发核能的战略部署。当年，为了发展我国的原子能事业，清华大学开始筹建工程物理系，并从校内抽调了一批优秀学生，正在机械系读大二、品学兼优的王大中首选入围。1956年，清华大学成立了工程物理系。意气风发、品学兼优，又满腔报国热情的王大中成为我国第一批反应堆专业的学生。在学习中，一次偶然的机会，他看到一部介绍苏联建成世界第一个试验核电站——奥布灵斯克核电站的科教片，尽管那座核电站功率只有5000千瓦，但原子核裂变释放出的巨大能量使他的心灵受到强烈的震撼，在那厚厚的混凝土墙和自动开启的大铸铁门后面的原子反应堆如何把微观的核裂变与宏大的核工程结合起来，使他充满了好奇。于是到高年级分专业时，王大中毫不犹豫地选择了反应堆工程专业，自此，他的求索之路与我国的核能事业紧密交织在一起，一干就是60年。
“200”号基地年轻的建设者(左列自上而下第三为王大中)
1958年，王大中从工物系毕业，留校工作。这一年，也是我国核能事业起步阶段的重要年份。清华大学瞄准国家战略需求，向上级提出建议，自行设计和建造一座功率为2000千瓦的屏蔽试验反应堆。这一方案得到国家批准，刚刚大学毕业的王大中全身心参与到了这座反应堆的设计建造之中，经过6年奋斗，这座屏蔽试验反应堆于1964年成功启动，顺利达到临界运行。作为青年学子中的佼佼者，王大中从反应堆物理设计，到反应堆零功率物理实验，再到反应堆热工水力学设计与实验，从做模型、挖地基、搬砖头，到调试运行，在理论与实践结合的奋斗里，脱颖而出，在实战中经受了从业务能力、组织能力到心理素质的全面锻炼，逐渐成长为具有工程实践经验和战略思维的领头人。
高瞻远瞩，瞄准固有安全
正当王大中努力践行着“用我们的双手开创祖国原子能事业的春天”之际，1979年美国三哩岛核电站发生堆芯融化事故，世界核能事业陷入低谷。王大中意识到，安全性是核能发展的生命线，未来核能技术发展必须抓住这一主要矛盾。如何破解这个难题?他想起了1956年美国著名核科学家泰勒指出的：要使公众接受核能，反应堆安全必须是“固有的”。也就是说，在任何事故状态下，核反应堆都能够不依靠外部操作，仅靠自然物理规律就能够趋向安全状态。由此，王大中立志要发展固有安全的核反应堆。1986年震惊世界的前苏联切尔诺贝利严重核事故，更加坚定了王大中实现固有安全反应堆的学术理念和追求。
世界核能技术发展表明，“核安全问题”一直是核能和平利用的主要障碍。要实现核能安全，必须确保三大要素：一是核裂变反应的有效控制，二是及时导出停堆以后产生的衰变热，三是牢牢地把放射性物质包容起来。所谓固有安全，就是“反应堆不靠外部动力、信号、泵、冷却剂，就能确保这三大要素的实现，不失控、不熔毁，”不会发生三哩岛、切尔诺贝利那样的核事故。各国科学家就此发表了大量文章。但纸上谈兵容易，真刀真枪很难。王大中带领团队瞄准这一重大难题，从关键技术攻关、到实验堆、再到示范工程建设，坚持不懈，一步一个脚印，破解了世界难题，走出自主创新从零开始到领先世界之路，实现了我国先进核能技术的跨越发展。
第一个台阶，5MW一体化自然循环水冷堆
上世纪八十年代初，世界能源危机的阴霾仍未散去。我国改革开放伊始，百业待兴，经济腾飞、社会发展迫切需要充足的电力和热力供应。王大中敏锐地认识到核能在中国未来能源供给和环境保护中的重要意义，站在科技发展和国家战略需求的高度，提出了研究建造低温核供热堆的设想。
王大中(左一)宣布低温供热反应堆启动运行成功
从1982年开始，王大中带领团队开展低温核供热堆研究。在总体方案的选择上，在实现反应堆安全的前提下，既要实现核能供热的目标，又要深谋远虑地把握反应堆技术的发展方向，他带领团队花费了近一年时间进行论证，期间专程带队去欧洲考察，着重调研了德国西门子的一体化壳式供热堆和瑞典的池式供热堆，经过反复研究和论证，最后确定选择壳式一体化自然循环水冷堆，并计划先建设一座5兆瓦低温核供热堆，以掌握其核心技术。实践证明，这个方案的选择具有很强的技术前瞻性。一体化自然循环已成为21世纪以来国际上小型轻水核反应堆发展的主要技术方向之一，美国最新发展的小型轻水堆NuScale也选择了类似的技术设计。一体化自然循环水冷堆在小型核能发电、热电联产、核能供热、海水淡化等方面有广阔的应用前景。
1985年，王大中主持国家“七五”重点科技攻关项目“5MW低温核供热堆研究”。从立项报告、设计方案、实验现场到建设工地，他全程负责，亲力亲为。5兆瓦低温核供热堆于1986年开工，1989年建成并首次临界成功，投入功率运行。随后三个冬季供热运行累计8174小时，供热可利用率达到99%。这是世界上首座一体化自然循环水冷堆，也是世界上首次采用新型水力驱动控制棒的反应堆，具有良好的非能动安全性，也是一项高度复杂的系统工程，包括26个工艺流程，上百个大中型设备，王大中集中优势力量打攻坚战，带领团队突破了一系列关键核心技术，其中包括：一体化布置即把反应堆堆芯与主换热器全部置入压力壳内以避免管道破口造成失水事故，全功率自然循环使反应堆不需要主泵，非能动余热载出使反应堆不需要电力也可排出堆芯余热，以及内置水力驱动控制棒、压力自稳定调节等。这些技术有效地保证了反应堆安全性。
在5MW低温核供热堆堆上，进行了水冷反应堆丧失冷却叠加不紧急停堆实验(ATWS)。这是一种很难做到的全尺寸核安全验证实验，实验结果验证了低温堆优异的非能动安全特性。
5MW低温核供热堆堆成果获得国际核能界高度赞誉。当时联邦德国总理科尔的核能总顾问弗莱尔博士在贺电中称，“这不仅在世界核供热反应堆的发展方面是一个重要的里程碑，同时对解决在中国以及其他很多国家存在污染问题也是一个重要的里程碑。”国际原子能机构(IAEA)评价认为：“该堆充分利用了非能动安全设计，具有非常高的安全裕度，达到了很高的可靠性和可利用率。”
该成果被《科技日报》评为 1990 年世界十大科技成就之一，在八届人大三次会议上的政府工作报告中，被列为5项有代表性的、取得突破性进展的科技成果之一。成果获得1992年国家科技进步奖一等奖，王大中是第一完成人。
总结5MW低温核供热堆建设经验，王大中特别强调了两点：一是要善于把握技术发展方向，选好技术方案和项目目标，在目标定位上要“跳起来摘果子”，如果目标过高或过低，只能无功而返或达不到预期成果;“跳起来摘得着”才是适度的高标准，设法使自己跳得高一些，达到一个高度后，再瞄准新的高度，取度合适，才能实现勇于创新与务实求真的结合。二是要坚持和发扬众志成城的团队精神。核反应堆涵盖物理、热工、化工、材料、机械、控制等多学科，要经过研究、设计、验证、制造、安装调试等各个环节，需要科学组织、团队配合，才能完成如此复杂的高科技工程项目。这两点也一直贯穿在他几十年的科研生涯中。
第二个台阶，10MW高温气冷堆
作为具有战略眼光的核科学家，王大中时刻密切关注国际先进核能技术发展动态，高度关注国家的战略需求。1981年，王大中作为访问学者来到世界著名的核能研究基地——联邦德国于利希核研究中心。当时，德国科学家提出了具有良好的固有安全特性的新一代模块式高温气冷堆的概念。王大中敏锐地选择了“模块式中小型高温气冷堆的设计研究”作为研究题目。王大中经过几个月的昼夜奋斗取得了令“球床堆之父”苏尔登教授高度赞赏的成果，一年九个月就获得了亚琛工业大学的博士学位。
1982年10月王大中回国，不久被任命为清华大学核能所副所长，1985年担任所长职务。他在主抓5MW低温核供热堆的同时，开始布局高温气冷堆的关键技术研发及试验。1986年切尔诺贝利严重核事故使世界核能的发展再次迅速地转入低谷，核安全问题更加凸显。但此时冷静理智的王大中并没有动摇研制先进反应堆的决心。他坚信，具有固有安全性的模块式高温气冷堆将会成为未来核能重要发展方向之一。在世界核能发展最低潮的时期，他跟踪国际高温气冷堆发展前沿，做出了3个重大战略性选择：一是模块式球床高温气冷堆堆型;二是从小规模实验堆到全尺寸工业示范电站的发展路线;三是在核心关键技术上坚持自主创新的原则。这3个重大选择对中国乃至世界高温气冷堆技术发展方向起到了重要影响，明确了我国高温气冷堆从当时起，未来三十年的技术发展路线。
王大中(左二)在10兆瓦堆临界现场
在国家“863计划”支持下，他带领团队开始了10MW模块式高温气冷堆研发，从1987年到1990年，高温气冷堆球形燃料元件、球床流动特性、氦技术及氦设备等8项关键技术取得重要突破。1992年，国务院批准立项，在清华大学“200号”建设一座10兆瓦高温气冷实验堆，这是世界首座模块式球床高温气冷实验堆，于1995年正式动工兴建，2000年建成，2003年并网发电。
10MW高温气冷实验反应堆主控室
1994年王大中担任清华大学校长职务，但仍兼任核能所(核研院)总工程师至2007年。作为技术总负责人，主持制定了10MW高温气冷堆总体技术方案，与时任院长吴宗鑫等一起带领团队突破了数十项核心关键技术，其中15项达到国际先进水平。10MW高温气冷堆在实验堆的规模上实现了固有安全的模块式高温气冷堆的核心关键设计，具有三大创新特性：一是模块式反应堆设计，二是自主研制耐高温全陶瓷包覆颗粒燃料元件，三是实现反应堆不停堆在线换料。其中一个核心关键技术是“耐高温全陶瓷”的包覆颗粒球形燃料元件。燃料球直径6厘米，包含8000多个四层包覆结构的、直径0.9毫米的燃料颗粒，产品要经过严苛的质量标准检验，可耐受1600摄氏度高温，能把放射性物质牢牢包容在其中。这些关键技术从物理上保证了反应堆安全。
2004年9月，国际原子能机构组织24个国家60余位科学家见证了“不插入控制棒下反应堆丧失冷却”的安全试验。2005年7月，在10MW高温堆上，成功完成了泰勒1956年设想的、抽出所有控制棒且叠加不紧急停堆的实验。这是世界上迄今仅有的在实际反应堆上进行的此类安全验证实验，成功地验证了高温堆的固有安全性。泰勒的设想半个世纪后在中国变成了现实。
10MW高温堆成果在国际上引起强烈反响，国际原子能机构以及美、日、德、法、俄等国的相关研究所均发来贺电表示祝贺。2002年国际权威学术期刊《核工程与设计》以“中国高温堆，第一座固有安全的第四代核能系统”为标题出版了专刊。2004年美国《Wired》杂志称其为“不会熔毁的反应堆”，是一种固有安全的核能系统，达到了当今世界核能安全的最高水平。2011年日本福岛核事故后，10MW高温气冷堆被《纽约时报》评价为是具有革命性的反应堆，即使在福岛那样的灾害条件下，反应堆也是安全的，不会发生灾难性后果。
10MW高温气冷堆在十届人大一次会议的《政府工作报告》中被列为“跨入世界先进行列”的四项重要科技进展之一。王大中作为第一完成人，成果获得2006年国家科技进步奖一等奖。
跨上新的台阶、走向世界前沿
王大中带领研究团队，以5MW低温核供热堆和10MW高温气冷堆两座实验反应堆破解了核能安全的世界难题。作为一名高瞻远瞩的核能科学家，王大中没有就此止步，他又一次站在国家战略需求的角度，按照“坚持核心关键技术自主创新”的既定方针，提出要实现实验反应堆向工业规模原型堆的跨越。他多方奔走，指导团队积极探索产学研合作之路，使两项先进核能成果分别获得了重大应用，实现了我国先进核能技术的跨越发展。
在10MW高温气冷堆基础上，王大中积极推进单一模块反应堆功率放大25倍、世界首座工业规模的模块式高温气冷堆核电站的建设。2006年“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列为国家16个科技重大专项之一，高温气冷堆核电站是其中一个分项，其核心工程目标和标志性成果，是在山东荣成建设一座电功率为200MW的高温气冷堆核电站示范工程，为发展第四代核电技术奠定基础。2008年，高温气冷堆核电站重大专项总体实施方案经国务院常务会议批准实施，王大中的弟子张作义被任命为高温气冷堆核电站重大专项总设计师。
在王大中的指导下，以张作义为首的研究团队制定了两个模块反应堆带一台高参数蒸汽轮机的总体方案，并与国内中核集团、华能集团等龙头企业，组成产学研协同创新团队，共同建设高温气冷堆示范工程。示范工程于2012年12月正式开工建设，成为因福岛核事故全国核电安全大检查之后，国内批准开工的第一座核电站。目前，在王大中积极倡导组建的产学研团队的协同攻坚下，在他的亲传弟子张作义的领导下，示范工程已完成全部技术研发、工程验证、土建、设备制造和安装。今年9月12日，示范工程成功实现首次临界，计划年底首次并网发电，2022年投产商运。。这是世界首座工业规模的模块式高温气冷堆核电站，工程规模相当于我国首座秦山30万千瓦核电机组。近几年美欧核电联盟一直想建设一个类似的工业示范工程，但工程尚未开工，进度已经落在我国后面。
10MW高温气冷实验反应堆外景
通过示范工程的研发建设，我国系统掌握了商用模块化高温气冷堆技术，形成了完整的、中国品牌高温气冷堆型号设计技术和设计能力;通过产学研协同攻关，解决了大量技术和工艺难题，形成了我国高温气冷堆成套设备研发、设计和加工制造能力，示范工程成功研制核岛设备15000多台套，包括世界首台套设备2200个，创新型设备660台;攻克了全陶瓷型高性能球形燃料元件批量制备等世界难题，解决了球形燃料元件从实验室制备规模向工业化生产规模的设备瓶颈和工艺技术瓶颈，建设了世界目前唯一一条工业规模的球形燃料元件生产线，完成示范电站首炉堆芯70万个燃料球的生产。中国在先进核能技术领域，提前解决了“卡脖子”技术问题。
在2014年国际学术会议期间，美国核学会前主席、麻省理工学院Kadak教授现场参观了正在建设的高温气冷堆示范工程，他深有感触地说，“中国毫无疑问是全球高温气冷堆的领跑者，而且在未来很长一段时间，中国将继续引领世界。”
在20万千瓦高温气冷堆示范工程基础上，由清华大学和中核集团的产学研合作团队完成了商业规模的60万千瓦高温气冷堆核电厂的标准设计，建设任务列入了国家能源发展规划。清华大学和中核集团、宝武集团签署了合作协议，出口温度950摄氏度的超高温气冷堆核能制氢的研究工作已经启动。
高温气冷堆技术正在走向国际市场。由于其突出的安全特性和多用途等技术优势，以及我国高温气冷堆核电站建设的示范效应，国际上美国、英国、约旦、沙特、印尼、波兰等国也有新建高温气冷堆核电站的愿望和需求。沙特、约旦、印尼等国与中国签署了合作协议，开展建设高温气冷堆核电站的项目前期工作。我国作为潜在的供应方，近年来与相关国家的技术研发单位、业主单位、安全监管部门开展了广泛的技术沟通、项目推进和技术培训等活动。
中国第一次，在一种工业规模的先进反应堆技术上领先世界。高温气冷堆技术前景广阔，未来可期。
远见卓识，坚韧不拔
认识王大中的人都深深感到，他瘦弱的身躯充满了非凡的智慧，谦和的外表蕴含着坚定的意志。在国家需要核能时，他毅然选择了核反应堆专业;在核能发展陷入低谷时，他坚持初心不言放弃;在认定了固有安全的学术目标后，他持之以恒直至登上反应堆安全的最高峰。
1986年国家确定了《高技术研究发展计划(“863计划”)纲要》。王大中受聘担任能源技术领域首届专家技术委员会主任，先后主持了我国中长期能源需求预测，完成了我国先进核能技术发展战略研究，确定了快堆、高温气冷堆和聚变堆等先进堆的研究发展计划，为国家能源和核能领域一系列战略决策发挥了极具前瞻性的作用。
清华大学核研院高温堆工程实验室-全球最大的高温气冷堆技术研发实验室
在实现固有安全反应堆的攻坚之路上，王大中带领他的研发团队，以高瞻远瞩的战略眼光、求真务实的学术风格，以“一张蓝图绘到底，一股韧劲干到底”的精神，走出了中国自主研发建设先进核能系统的创新之路。
在高温气冷堆领域，改革开放之初，德、美、日的技术远远领先，先后建设了多个实验反应堆，而我们基础薄、投入少，又缺少人才和经验。面对这样巨大的实力差距，王大中没有丝毫退意，他从国家战略出发，从世界核能发展的根本需求出发，坚定地选择了自主创新的先进核能技术研发之路;他组建并带领团队坚持了近40年的艰难探索，超越了日本、美国、欧盟等国的研究团队;他积极推进中国自主创新的先进核能技术产业发展，在世界上率先启动了工业规模的高温气冷堆示范电站建设，使中国高温气冷堆技术走到世界前列。
回首来路，这是一条充满艰辛的创新之路。除了艰苦的条件、技术发展不成熟、人员和经验缺乏等因素，核能安全创新还必须跨过现代核安全监管最严苛的超高门槛，人力和资金投入大量增加。三哩岛事故后，美国等西方国家没有建成一座创新型的反应堆，主要原因就是无法跨过巨大的技术、工程与核安全审查门槛。国际上类似团队的领军科学家曾感叹：先进核能项目能否成功不在于谁更聪明，而在于谁更能坚持。中国人最终能够走到世界前列，这归功于国家的持续支持、产学研合作的体制机制、科学家团队的坚韧不拔，其中一个关键就是长期的带头人王大中。
带出一支能打硬仗的团队
核反应堆工程集核物理、力学、热工、机械、材料、控制等多学科于一体，需要大团队联合攻关。清华大学核能技术研究从一开始就走团队攻关的道路，这个团队就是清华大学核能与新能源技术研究院。在清华大学的历史上还有响当当的名字：200号，核能所。
1985年，王大中从老所长吕应中手里接过核能所所长的担子，继续坚持团队攻关道路。在大学里组织大团队攻关面临很大困难，大学文化鼓励教授们自由探索。王大中的目标是解决国家重大需求，必须组织大团队集体作战。他与同事们一起克服重重困难，即使在核能事业陷入低谷的形势下也坚持了下来，带出了一支在全国高校独有、在国内外有广泛影响、能够承担从理论研究到重大工程项目攻关、充满活力的创新团队。
王大中(左一)在研究中
在团队建设的同时，王大中也悉心培养能够传承团队精神的接班人。进入21世纪后，清华大学核研院的发展面临着如何在新世纪价值多元的环境下避免大规模研究团队裂变为教授自由探索的挑战。在王大中之后，吴宗鑫、张作义相继担任清华大学核研院院长。在老一代科学家言传身教下年轻一代科学家已经成长起来。张作义、张亚军等近10名中青年科技人员相继成为有关部门正式任命的国家重大科技工程总设计师和副总设计师。在学校领导的支持下实施了“235”计划，一批30多岁的青年才俊参加到核研院的技术团队中。他们经受重大科研工程考验，正在成为核研院面向未来的新一代学术带头人。
核研院团队在清华在全国高校树立了服务国家自主创新的一面旗帜，走出了一条清华科研人员爱国奉献、追求卓越之路，一条勇于创新、坚韧不拔之路，是一条把论文写在祖国大地上的成功之路。这个团队正发扬其多年形成的“知难而进、众志成城”的传统精神，在核能创新的路上不断前进。
王大中及清华大学核研院在先进核能技术上的长期持续创新，得到了中核集团、华能集团等央企的大力支持，成为产学研用结合实践新型举国体制的成功范例。
2020年9月核研院建院60年之际，清华大学向中央领导和上级部门汇报了核研院60年的发展历程和体会，得到了习近平总书记重要批示，多位中央领导同志作了重要指示，对核研院寄予了殷切期望，鼓励和支持核研院在自主创新服务国家的征程上不断取得新成果，作出新贡献。
卓有建树的教育家
如果说从事核反应堆专业是青年时期的王大中主动的选择，那么1994年1月他被任命为清华大学校长，则是他被组织选择而开启的另一段精彩的人生历程。
王大中倡导并践行中国高等教育改革，提出清华大学创建世界一流大学建设方案。他深入地研究国内外教育发展的经验，研究考查经济和社会发展，特别是现代科学技术的发展对高等教育的要求，立足现实，登高望远，面向 21世纪，提出“综合性、研究型、开放式”的办学思路，制定“三个九年，分三步走”的总体发展战略，确立了“高素质、高层次、多样化、创造性”的人才培养目标，完成了综合性学科布局。
王大中等参观挑战杯科展
王大中在办学思路、发展战略、人才培养、学科布局等方面发表了“关于在中国建设世界一流大学的若干问题”，“建设世界一流大学的战略思考与实践”，“大学学科建设和专业结构调整的实践和体会”等论著，回答了“什么是世界一流大学”、“在当代中国如何建立世界一流大学”“如何处理学科建设和大学建设的关系”的问题，取得一系列前瞻性、示范性成果。其研究成果《工程硕士专业学位教育机制的创新与实践》获国家级教学成果特等奖，至今仍有指导意义。
2020年是他制定的建设世界一流大学“三个九年，分三步走”总体发展战略的收官之年，清华大学总体办学实力和国际声誉显著提高。王大中为清华大学跻身世界一流大学行列和中国高等教育改革发展作出了重要贡献。
“九秋风霜越窑开，夺得千峰翠色来。”王大中几十年如一日地拼搏着、奉献着，走出了我国以固有安全为主要技术特征的先进核能技术，从跟跑、并跑到领跑世界的成功之路，助力我国开启核大国向核强国的转变，为国家科技创新、经济发展和国防建设作出了重大贡献。他品德高尚、治学严谨、为人谦和，带出了一支敢打敢拼、求真务实、在国内外核能行业具有重要影响力的人才队伍，形成了“知难而进、众志成城”精神的创新团队。今天，他仍然引领着这个团队勾画着原子能事业的宏伟画卷。
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