中国当代最大谜团：这致命技术究竟从何而来？

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2020-04-02 10:33:08

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615工程建设的试验手段对于开发核反应堆是至关重要的。该工程从1992年8月开始初步设计，1995—1998年完成大部分试验装置的安装。在核动力院反应堆试验研究所，18台（套）复杂的试验装置分布在巨大的厂房里，它们涵盖了几乎所有的反应堆工程试验研究：控制棒驱动线冷态水力试验装置、堆芯整体水力模拟试验装置、AC600非能动余热排出系统试验装置、氟利昂热工装置、大型热工试验装置、6m×6m地震模拟试验台、水化学试验装置、动力设备综合试验装置、舰船核动力主设备支撑抗冲击试验装置、舰船核动力主泵试验台……有些装置据称世界仅有。所有这些试验装置全部是核动力院自己设计的，为后来的秦山二期核电站压水堆的自主设计和建造，以及新一代核潜艇的开发，作出了“不可替代的贡献”。

试验手段是主要的研发工具，而包括设施和经验在内的试验能力则是核动力院的特质资产。产品开发是一种工程创造，其首要环节是设计，但设计的可行性只有经过从材料、元件到整机样机的一系列试验才能被证明。因此，像核动力装置这样的复杂产品的开发，通常要经过几十轮次试验的反馈与修正，解决成百上千的问题，才能推进。可以说，自主研发反应堆（以及其他复杂产品）的大部分投资、风险和技术能力都集中在工程试验阶段。因此，试验手段和试验能力决定产品开发能力。

仅以在核电技术上拥有知识产权的关键环节之一——反应堆燃料元件、组件的设计开发为例：第一，由于这个系统是在核辐射的条件下工作（在这种条件下工作的系统还包括控制棒驱动机构和压力壳等设备的材料），所以其必须在工具堆内经受辐照的考验——属于带核的试验。第二，必须在大型热工试验装置上进行临界热流密度试验（俗称烧毁试验）——属于非核的试验。原因在于，当燃料组件上的热流密度达到一定程度，（冷却剂）流体就带不走热量，积累起来的热量就会导致堆芯融化、烧毁，造成核事故。但在不允许反应堆内的燃料元件烧毁的同时，又必须使堆芯功率尽可能地升高以保证核能的经济性。要达到这个双重要求的目标，就必须确定烧毁的极限点。虽然有理论公式可以计算这个问题，但公式对不同结构的适用性不同。因此，准确找到极限点只能通过临界热流密度试验（即获得经验公式）。不同的组件会有不同的烧毁点，所以烧毁试验是开发新的燃料组件的必要条件。

【注：临界热流密度试验的步骤是：加热——确定什么时候热量传不出来（既要找临界点，又要求不能烧毁，这里有操作上的诀窍）——在传热恶化瞬间停下，避免实际烧毁，减小试验代价。】

核动力院的试验手段——工程试验堆（工具堆）、大型试验台架以及众多的专用仪器仪表——全部是自主设计开发出来的，本身就是该院产品开发平台所产出的另一类特殊产品。设计开发这类产品必须依靠在产品开发中长期积累的经验，因为试验台架（包括所有的功能机构）的设计取决于对试验方法的掌握（以帮助设计者决定要什么、不要什么），而试验方法则包括了大量来自经验的诀窍。因此，试验台架的效能还取决于使用这些设备的经验知识。

615台架所体现的试验能力就是三四十年持续产品开发经验积累的结果。以水化学试验台架为例，设计这个台架的难点在于要掌握缩小比例试验的模拟技术，因为该台架在缩小了流程比例之后，就要考虑在实际反应堆运行中无须考虑的绝缘与密封问题，才能保证水流量、传热特性与实际反应堆的运行状况一致。核动力院所掌握的模拟技术是一套模拟准则——这些准则起源于核潜艇陆上模式堆的开发并经过不断修正而获得。

【注：进行水化学试验的原因是：反应堆系统一回路中的水是带有放射性残留的，而且传热介质的结垢会影响传热，所以必须检验水质和材料的可溶性，要求水质达到不腐蚀、传热好、不能有水垢)。】

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