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核能科技奖丨道阻且长,行则将至 ——记中国核动力院核燃料及材料辐照效应创新团队
时间:2021年06月03日 来源:《中国核能》 作者:中国核动力研究设计院 信天缘 点击量:195 分享:

编者按:

2020年,中国核能行业协会科学技术奖评定出科技进步奖共76 项,其中,一等奖 6 项、二等奖 19 项、三等奖 51 项;技术发明奖 2 项,其中,一等奖 1 项、二等奖 1 项;企业技术创新工程奖 2 项;创新团队奖 4 项( 其中 2 项并列第三 );青年优秀创新人物 5 名。 

为进一步弘扬科学家精神和大国工匠精神,宣传核能行业创新工程、创新团队、创新人物,展示核能行业笃行务实、追求卓越的精神,协会《中国核能》杂志从2021年第一期开始对核能科技奖部分获奖的创新集体和创新个人进行综合报道,以飨读者。


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▲课题组成员在一起

十年前,全球因受到福岛核事故的影响而进入核电“冰冻期”。而如今,核电产业链迎来复苏,我国核能行业蒸蒸日上。

十年前,中国核动力研究设计院在辐照效应研究方面刚刚步入正轨。而如今,研究领域已经涉及核燃料及材料辐照效应研究的全流程。

十年前,核燃料及材料辐照效应创新团队还只是一个小小的课题组。而如今,已经成长为一支拥有50余位科研人员组成的专业队伍。

二十一世纪以来,全球核反应堆技术朝着提高燃耗、降低成本、提高安全性的方向发展,各国也对核燃料及核材料提出了更高的要求。原子能之父费米曾说过:“核技术的成败取决于材料在反应堆中强辐射场下的行为。”核燃料及材料的辐照效应如同“蝴蝶效应”的开端,集腋成裘,最终会影响到反应堆的运行安全及服役寿命。如今,核燃料及材料辐照效应已经成为进一步提升反应堆性能的瓶颈问题;同时,未来堆型核燃料及材料辐照效应研究几乎还是空白,无法满足我国全域核能应用需求。在国外核心技术垄断的时代背景之下,如何在短时间内攻克辐照效应研究的关键技术,是解决我国新燃料、新材料研发中“卡脖子”问题的重要任务之一。由此,“核燃料及材料辐照效应研究创新团队”应运而生。

伍晓勇是该创新团队的奠基人,自1992年从兰州大学毕业到核动力院工作以后,从事核燃料及材料辐照效应研究已将近30年。作为团队的创建者,他曾两次远赴世界顶级辐照效应研究机构——法国Saclay研究所访学,不断学习国外先进技术。喜欢挑战的他在带领大家攻克一系列科学技术问题的同时,四川省杰出青年基金、院“杰出人物”等诸多荣誉接踵而至。现已经是装发核动力技术专家组成员、核燃料及材料国家重点实验室学术委员、中国核学会核材料分会理事、四川省核学会理事的他,几十年如一日,特别注重知识的更新和团队青年人才的培养。团队成立之后,他先后培养了博士后2名、博士生2名、硕士生5名,现如今这些青年才俊已逐渐成为团队的骨干。2018年,他带领团队联合国内辐照效应研究的优势力量,成功申报中国核学会辐照效应二级分会,并被推举为常务副理事长,助力我国辐照效应研究领域赶超前沿。在大家的印象中,他在生活上总是待人谦和,但在工作上却是十分细致、严格。他总是说,科学研究是一条充满挑战的道路,只有刻苦钻研、不断历练,才能一路过关斩将,取得一点点进步。如同狼群的“头狼”一般,他身体力行、率先垂范,“我喜欢挑战,工作中没有难题就没有进取,一个人如果只图清闲,那么惟一的办法便是躺在坟墓里”。

团队带头人温榜于2006年毕业于天津大学,现任中国核学会辐照效应分会秘书长、反应堆燃料及材料重点实验室副主任。他先后主持或参与国家级重点项目30余项,获省部级以上成果奖励9项。他在专业发展方面紧盯核燃料及材料辐照效应研究领域的前沿动态,指导年轻同志进行技术研究和知识积累;带领团队完成了多项重要科研生产任务,曾解决热室在辐照效应研究方面存在的辐照后燃料元件燃耗非破坏性精细测量、新型燃料组件辐照后检验技术等技术瓶颈问题。温榜回忆道:“团队刚刚成立的那几年是最难的时候。记得当时切割热室重要设备曾三次发生故障,急难险重的任务接踵而至。为了保证科研工作进度,大家不顾切割热室的辐射剂量是所有热室中最高的,纷纷自告奋勇进入热室抢修。”

温榜认为,虽然由于工作涉及到放射性等问题,核燃料及材料辐照效应的研究和创新注定是艰苦的。但是“路虽弥,不行不至”。为了铸国之利剑、保海疆之安宁,注定需要有人勇于牺牲自我、用热血青春铸就核动力的辉煌。

团队的青年带头人吴璐2013年博士毕业于重庆大学材料科学与工程专业。那时,团队正在慢慢建立高分辨率、高精度的扫描电镜,很多设施设备甚至是国内首套,这对于他来说真是再好不过了。“如何能更深层次地看到缺陷,找到辐照效应的本质,这是我目前最想做的事情。”这就是他当年选择加入团队最直接的理由。在与乌克兰国家科学院应用物理研究所(IAP)的一场交流会中,吴璐对于加速器辐照和多尺度数值模拟研究方向产生了浓厚的兴趣,于是便带领团队成员张伟共赴战火纷飞中的乌克兰学习。当他们一起拿下相关核心技术的时候,辐照效应研究的新世界的大门打开了。果然,在他和整个团队的不懈努力下,不仅引进了大量世界顶级的微观表征设备,能够从原子尺度探索和认知核燃料及材料辐照效应的微观世界,甚至还有机会建成反应堆、加速器和数字化“三位一体”的辐照效应综合研究平台。目前,借助这些顶级实验设备及研究平台,吴璐已在核燃料与材料辐照效应领域发表学术论文50余篇。

核能行业笃行务实、追求卓越的精神鞭策大家在奋发有为的同时,更应该注重开拓创新,勇攀技术高峰。随着团队的进一步壮大,新鲜血液的涌入使得核燃料及材料辐照效应创新团队取得了更多的成果。团队核心成员虽然平均年龄不到35岁,但十年间已先后主持和主研包括预先研究项目、973、国防基础科研计划、国家自然科学基金、中国博士后基金、国家重点研发计划等国家级重大项目20余项。在核材料及燃料辐照效应研究领域共发表论80余篇,其中SCI/EI近40篇,授权专利50多项,获得国家科学技术进步奖二等奖1项,国防科工局、中核集团和中国核能行业协会科学技术进步奖20余项。

在成就面前,人们往往看到的是鲜花和掌声,很难窥见荣誉背后的艰辛和汗水。团队成立初期,中子辐照资源十分有限,辐照后样品弥足珍贵,得到的实验数据也不够丰富。这些问题让大家十分困扰,加班加点的工作也不能解决根本问题。大家苦思冥想,翻阅大量外籍资料,终于讨论出解决方案,并在国内首创小试样测试技术,该技术可以大大增加辐照试样的数量,有效利用反应堆内的辐照空间,在节约研发成本的同时,还获得了更加丰富和系统的数据。

在与国内外辐照效应专家的交流中,他们发现,在核燃料及材料数值模拟方面我国还做得远远不够。美国、俄罗斯等发达国家已经初步完成了数字化虚拟辐照技术的建立,欧盟也成立了国际性的科学团体,采用多尺度数值模拟的方法进行第四代核材料的研制,美国能源部的CASL项目甚至已成功完成了虚拟反应堆全规模模拟。在这样的国际形势下,团队成员一拍即合,大家一致同意“要与时俱进,开发属于我们自己的软件”。于是,在广泛开展国内外合作的基础上,团队上下团结一心,初步建立了辐照后核燃料及材料辐照效应多尺度数值模拟技术体系,联合开发了R2T-REx锆基合金辐照效应仿真软件V1.0。振奋人心的是,软件的精确度达到了国际先进水平,可以辅助反应堆内中子辐照考验等高成本试验,大幅缩短研发周期和研发成本。

创新团队在国内首次完整地实现池边检查技术在大型核商用反应堆的应用,打造了核电站反应堆的最强“心脏听诊器”。回想起在秦山现场池边检查项目部的那段日子,为了给大修节约时间,大家在现场不吃不喝、连续工作13小时以上。毕竟,每节约24小时就能为电厂减少8000万元的损失。6月的浙江海盐,湿度达到百分之百,现场温度达到35度以上,闷热潮湿的工作环境对人员和设备都是巨大的考验,但是大家没有丝毫懈怠。在完成工作任务的同时,不忘创新,在国内首创水下剪刀接触式直径测量技术、水下气水摆动式格架测量技术、弹簧滑动式防碰撞测量技术等,测量精度达到国内领先地位。

现如今,在每一位成员的不懈努力之下,团队已经对标国际,建成了较为完善的辐照效应研究技术体系,并成功解决了多个重大工程和科研项目中的关键难题。立志发展成为国内领先、国际一流的核燃料及材料辐照效应研究创新团队,有信心、有能力为我国的核能技术发展做出新贡献。2020年该团队荣获中国核能行业协会“核能科技奖”——创新团队奖。未来,中国核动力研究设计院将持续推进模块化热室及热室内设备的建设,加快建立辐照效应综合研究平台,继续探索核燃料及材料的辐照效应,持续提升我国在核燃料及材料辐照效应研究方向的核心竞争力。

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