離北京核心區(qū)40多公里的西南郊，有一座因核興建的新鎮(zhèn)，前身是中國科學(xué)院近代物理研究所的中國原子能科學(xué)研究院就坐落在這里。在國家表彰的23位“兩彈一星”功勛獎?wù)芦@得者中，7位曾在這里建立功勛。

　　核科技的發(fā)展離不開反應(yīng)堆、加速器等大科學(xué)裝置，核科技水平集中體現(xiàn)在反應(yīng)堆、加速器的先進程度。原子能院建成后，以第一座重水反應(yīng)堆和第一臺回旋加速器的建成為標(biāo)志，新中國進入原子能時代。原子能院在我國“兩彈一艇”研制攻關(guān)中作出歷史性貢獻(xiàn)，被譽為我國核工業(yè)的“搖籃”和“老母雞”，這里見證我國核工業(yè)從零起步的歷史，也是我國“硬核”的底氣開端。

　　“從“一堆一器”，到多堆多器，原子能院的反應(yīng)堆和加速器事業(yè)不斷成長壯大，為我國核領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、先進核能開發(fā)、核技術(shù)應(yīng)用拓展，乃至新時代核工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供有力支撐。”中國原子能科學(xué)研究院黨委書記萬鋼說。

　　61年前“一堆一器”落地：開啟中國原子能時代

　　上世紀(jì)50年代，我國核工業(yè)可謂“一窮二白”，不光缺乏研究人員，連回旋加速器、核反應(yīng)堆等必要的設(shè)備也是一樣沒有。沒有基礎(chǔ)設(shè)備，研究無從開展。時任中國科學(xué)院近代物理研究所副所長的錢三強提出，要發(fā)展核工業(yè)，必須從基礎(chǔ)科研抓起。

　　1955年，按照黨中央“集中力量發(fā)展核事業(yè)”的指示，我國從前蘇聯(lián)引進一座7000千瓦重水反應(yīng)堆(101堆)和一臺直徑1.2米的回旋加速器。1956年5月26日，重水反應(yīng)堆和回旋加速器開始興建;1958年6月10日，加速器建成調(diào)試出束;1958年6月13日，101堆首次臨界。

　　101堆建成后，充分發(fā)揮中國“首堆”的作用，為“兩彈一艇”研制作出重大歷史貢獻(xiàn);承擔(dān)了核能領(lǐng)域大量開創(chuàng)性工作，為我國核電起步、促進國民經(jīng)濟發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量、保護生態(tài)環(huán)境作出重要貢獻(xiàn);為我國核反應(yīng)堆工程培養(yǎng)、輸送了大量技術(shù)骨干”。第一臺回旋加速器建成后，為“兩彈一艇”研制、國防工業(yè)和核事業(yè)發(fā)展發(fā)揮了十分重要的作用，同時也培養(yǎng)了我國大批回旋加速器技術(shù)人才隊伍。

　　2018年12月，“一堆一器”入選國家工業(yè)遺產(chǎn)。“我們現(xiàn)在是蠻有底氣的。”中國核工業(yè)集團首席專家張?zhí)炀粽驹谝粔K140噸重的磁鐵旁，撫今追昔，頗為自信。這塊磁鐵是我國第一臺回旋加速器的主體部件，與這塊已作為工業(yè)遺址的磁鐵東西相望的，是我國第一座重水反應(yīng)堆。

　　　　我國第一座實驗快堆：當(dāng)好四代核電“模范生”

　　為了核電的安全、高效、可持續(xù)發(fā)展，我國確定了“壓水堆-快堆-聚變堆”的核能發(fā)展“三步走”戰(zhàn)略，快堆是其中的重要一環(huán)。

　　因為具有良好的增殖和嬗變特性，快堆在核工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈中具有非常重要的作用，是閉式燃料循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。由于快堆中快中子具有的增殖優(yōu)點，基于快堆的先進燃料循環(huán)系統(tǒng)可以使鈾資源的利用率提高到60%-70%，從而可將人類利用核能的時間從上百年延長到數(shù)千年。快堆可以通過嬗變將一些長壽命的核素和裂變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Χ虊勖暮怂亍Ｑ芯勘砻鳎蛔?GWe的快堆可以“燒掉”10座同等功率壓水堆產(chǎn)生的長壽命次錒系核素。因此，快堆可以使核能的發(fā)展更加可持續(xù)。

　　我國從上世紀(jì)六十年代就開始發(fā)展快堆技術(shù)，從上世紀(jì)九十年代開始進行工程技術(shù)研究，啟動了第一座快堆——中國實驗快堆的研制工作，該項目于2010年7月21日實現(xiàn)首次臨界。2016年1月23日，實驗快堆完成了長期功率運行試驗任務(wù)，標(biāo)志著它具備了連續(xù)穩(wěn)定運行的能力。2016年9月，實驗快堆竣工驗收完成，標(biāo)志著這一國家重大項目圓滿結(jié)束，我國已經(jīng)基本掌握了實驗快堆技術(shù)，具備了開始大型快堆電站研究開發(fā)的基礎(chǔ)。

　　“目前，國際上掌握快堆技術(shù)的國家主要有俄羅斯、美國、法國、日本等。我們通過實驗快堆項目積累了鈉冷快堆的設(shè)計建造經(jīng)驗，未來還將通過示范快堆項目實現(xiàn)我國鈉冷快堆技術(shù)的進一步提升。”據(jù)中國核工業(yè)集團首席專家張東輝介紹，作為當(dāng)今世界上僅有的4座實驗快堆之一，中國實驗快堆的功能和應(yīng)用范圍正在擴展，顯現(xiàn)出越來越大的作用和地位。

　　　我國第一座微型反應(yīng)堆：踐行國家承諾

　　20世紀(jì)80年代初，原子能院開發(fā)、設(shè)計、建造了我國第一座小型、低功率反應(yīng)堆，即原型微型中子源反應(yīng)堆。微堆可以用來進行中子活化分析、放射性同位素制備，適用于反應(yīng)堆技術(shù)和核物理領(lǐng)域的教學(xué)培訓(xùn)，以及進行反應(yīng)堆物理相關(guān)實驗及核儀器考驗等。

　　微堆是一種小型的、安全的、低功率的核裝置，以其小型、易于操作、功率低、固有安全性好、對環(huán)境污染小、可建在大中城市人口稠密的大學(xué)及科研單位等優(yōu)點，從20世紀(jì)80年代就在國內(nèi)外得以迅速地推廣和應(yīng)用。原子能院先后設(shè)計建成9座微堆，其中5座出口國外。

　　由于微堆采用高濃鈾，考慮到核不擴散問題，中國正不遺余力地開展全球微堆低濃化工作。2016年，原子能院完成原型微堆低濃化改造。在華盛頓核安全峰會上，習(xí)近平主席莊嚴(yán)承諾中國將協(xié)助加納完成加納微堆低濃化改造工作，并正式提出“加納模式”。

　　2017年8月，原子能院完成加納微堆低濃化改造，這也是成功實施的國際首座微堆低濃化改造。2018年12月6日，原子能院又圓滿完成了尼日利亞微堆低濃化改造。

　　　　中國先進研究堆：性能指標(biāo)在同類反應(yīng)堆中亞洲第一

　　由原子能院自主設(shè)計、建造的中國先進研究堆(CARR)，是一座高技術(shù)性能、安全可靠、多用途的研究堆，為我國核科學(xué)研究和開發(fā)應(yīng)用提供了一個重要的科學(xué)實驗平臺。2010年5月，CARR實現(xiàn)首次臨界，2012年3月安全實現(xiàn)首次滿功率運行。它的建成是我國核科學(xué)技術(shù)研究能力的重要標(biāo)志。該堆性能指標(biāo)達(dá)到國際先進水平，在同類反應(yīng)堆中排名亞洲第一、世界前列。

　　在CARR堆芯和重水反射層內(nèi)，設(shè)置了不同用途的垂直孔道和水平孔道，以及配套實驗終端，可開展中子散射研究、放射性同位素輻照生產(chǎn)、電離輻射計量標(biāo)準(zhǔn)測試、核能開發(fā)研究、單晶硅中子摻雜及中子活化分析等核科研與應(yīng)用。

　　2017年10月，CARR新建冷中子源調(diào)試成功，首次產(chǎn)生高品質(zhì)冷中子束流，標(biāo)志著該堆具備了開展冷中子散射等實驗的能力，為材料研究和工業(yè)應(yīng)用提供了又一把利器。

　　　　我國第一套出口的大型核設(shè)施：南南合作典范

　　阿爾及利亞比林核研究中心項目是我國20世紀(jì)80年代出口的第一套大型核設(shè)施，阿爾及利亞也成為中核集團“走出去”起航的地方。和平堆也是阿爾及利亞唯一一座多用途重水反應(yīng)堆，主要用于基礎(chǔ)科學(xué)研究、民用核能應(yīng)用、醫(yī)用同位素生產(chǎn)。

　　1986年12月27日，中阿雙方簽訂《重水反應(yīng)堆工程合同》，為阿爾及利亞設(shè)計、建造以15MW重水研究堆(又稱和平堆)為核心的比林核研究中心，原子能院是主要設(shè)計、調(diào)試單位。該堆是以我國第一座重水反應(yīng)堆——101堆為原型獨立設(shè)計的項目，工程始于1987年，1992年7月達(dá)到額定功率。1993年在國際原子能機構(gòu)大會上，該項目被譽為“南南合作的典范”。

　　升級改造后的比林和平堆，更具安全性、可靠性、先進性、經(jīng)濟性與現(xiàn)代化。數(shù)字化技術(shù)將為反應(yīng)堆日后運行、應(yīng)用和操作提供更加便利的人機接口，以及更加便捷的操控手段和維護性能，能夠有效減少人因失誤帶來的風(fēng)險;部分回路系統(tǒng)和部件的適應(yīng)性改造，也為后續(xù)三期工程提供有力的技術(shù)條件。

　　　　我國建成的當(dāng)時亞洲地區(qū)能量最高的靜電型加速器

　　1987年8月，HI-13型串列加速器通過國家驗收正式投入運行，成為當(dāng)時亞洲地區(qū)能量最高的靜電型加速器。1988年12月22日，HI-13串列加速器核物理實驗室被正式列為國家實驗室。

　　30年來，HI-13型串列加速器運行12萬小時，累計供束10萬小時，為國內(nèi)外50多個研究機構(gòu)的研究工作提供了從氫到鈾的60多種離子束流，在核物理基礎(chǔ)研究、核數(shù)據(jù)測量、核物理應(yīng)用和交叉學(xué)科等領(lǐng)域取得了豐碩的研究成果，培養(yǎng)了大批核科技高端人才，為我國國防建設(shè)、能源、環(huán)境、材料、生命科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展提供了重要的支撐。

　　　　我國首臺自主研制的30MeV強流質(zhì)子回旋加速器

　　1994年，我國首臺自主研制的30MeV/300～500μA強流質(zhì)子回旋加速器建成。這一裝置投放運行后，不僅可以向國內(nèi)供應(yīng)其產(chǎn)品，替代進口，還具備一定的出口能力，從而結(jié)束了我國不能用加速器批量生產(chǎn)中、短壽命放射性同位素的局面，我國第一個用加速器批量生產(chǎn)供應(yīng)放射性同位素的基地在原子能院建立。

　　原子能院僅用了進口同類裝置費用的三分之一，用5年的時間縮短了與先進國家20年的差距，使我國回旋加速器研制技術(shù)達(dá)到上世紀(jì)90年代世界先進水平。該裝置的建成推動了我國核醫(yī)學(xué)發(fā)展，“強流質(zhì)子回旋加速器及生產(chǎn)中短壽命放射性同位素裝置建成”入選1996年“中國十大科技事件”。

　　　　國際上最大的緊湊型強流質(zhì)子回旋加速器

　　HI-13串列加速器升級工程是原子能院承建的國家重點科技工程，其主要建設(shè)內(nèi)容是在現(xiàn)有的HI-13串列加速器前端，新建一臺100MeV強流質(zhì)子回旋加速器、一臺高分辨率在線同位素分離器，在后端新建一臺重離子超導(dǎo)直線增能器。串列加速器升級工程建成后，在已有串列加速器實驗室的基礎(chǔ)上，逐步形成一器多用、多器合用、多領(lǐng)域、多學(xué)科的科學(xué)研究平臺，將填補我國中能強流質(zhì)子回旋加速器、高分辨同位素分離器和超導(dǎo)重離子直線加速器的空白，達(dá)到目前國際同類裝置的先進水平，使我國成為少數(shù)幾個擁有新一代放射性核束加速器的國家。

　　2014年7月，該工程關(guān)鍵組成部分之一——100MeV強流質(zhì)子回旋加速器建成。該加速器直是國際上最大的緊湊型強流質(zhì)子回旋加速器，也是我國目前自主創(chuàng)新、自行研制的能量最高的質(zhì)子回旋加速器。100MeV質(zhì)子回旋加速器調(diào)試出束，標(biāo)志著串列加速器升級工程建設(shè)取得階段性的重大成果。

　　2016年11月17日，100MeV質(zhì)子回旋加速器開始進行首次物理實驗，實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行且束流強度寬泛穩(wěn)定，不僅能夠滿足航天領(lǐng)域抗輻射加固的需要，更填補了我國在100MeV范圍內(nèi)質(zhì)子輻照方面的空白。

　　　我國第一臺高能大功率電子輻照加速器

　　所謂輻照，即利用高能電子束等射線照射物品，通過輻射效應(yīng)達(dá)到材料改性、殺菌消毒的作用。其中電子加速器是人工射線，具有可控、能量高、輻照時間短、無核廢物、不危害環(huán)境的優(yōu)點，輻照加速器已廣泛用于食品輻照保鮮、殺蟲滅菌等方面。

　　2007年，我國首臺10MeV/15kW高能大功率電子輻照加速器裝置建成并投入使用，這是我國首臺投入商業(yè)輻照的高能大功率電子束輻照裝置。“十二五”期間，原子能院成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的10MeV/20kW高能大功率電子輻照加速器裝置，綜合性能指標(biāo)達(dá)到國際先進水平。

　　原子能院實現(xiàn)了輻照加速器工程化定型，顯著提升了重大輻照裝備的國產(chǎn)化制造能力與水平。目前，該裝置已有10臺投入輻射應(yīng)用，實現(xiàn)了我國高能大功率輻照加速器從技術(shù)落后依賴進口，到替代進口領(lǐng)先國外的跨越。

　　　　中國在通用核儀器領(lǐng)域發(fā)布的第一個國際標(biāo)準(zhǔn)

　　電子加速器是核技術(shù)應(yīng)用源頭技術(shù)，是世界上最先進的輻射裝置，是無損檢查系統(tǒng)最復(fù)雜、最核心的設(shè)備，目前全球只有美國、德國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家有能力制造無損檢測加速器。

　　無損檢測電子直線加速器現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到了大型壓力容器、火箭發(fā)動機、核電設(shè)備制造等領(lǐng)域，擁有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　2017年5月，由原子能院主導(dǎo)制定的“工業(yè)無損檢測用電子直線加速器標(biāo)準(zhǔn)”由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正式發(fā)布。這是中國在通用核儀器領(lǐng)域發(fā)布的第一個國際標(biāo)準(zhǔn)，填補空白的同時，也促進了國產(chǎn)加速器產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。在“一帶一路”的戰(zhàn)略背景下，該國際標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，向世界展示了我國核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得的成果，可促進我國加速器產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用，對我國無損檢測用電子直線加速器走出國門影響深遠(yuǎn)。

　　2018年5月14日，由原子能院研制的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的6MeV雙能無損檢測電子直線加速器正式運往海外。這是中核集團首次出口加速器高端制造設(shè)備，也是原子能院積極響應(yīng)國家“一帶一路”倡議、貫徹中核集團“走出去”戰(zhàn)略重要里程碑，標(biāo)志著我國電子直線加速器技術(shù)已達(dá)國際領(lǐng)先水平。

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