科学技术奖获奖系列报道之二

2023年，中国核能行业协会科学技术奖评定出80项优秀科技成果、3项企业技术创新工程、2个创新团队和5名青年优秀创新人物。为展示核能行业笃行务实、踔厉奋发的精神风貌，协会官网、协会微信公众号对2023年中国核能行业协会科技进步奖一等奖、技术发明奖一等奖、企业技术创新工程奖、创新团队奖、青年优秀创新人物奖进行综合报道和推介宣传。

2011年3月11日，一场特大地震袭击了日本东北沿海，丧失冷却的堆芯产生了大量可燃、易爆的氢气，造成福岛几个机组接连爆炸，大量放射性物质泄漏至环境中，严重威胁生命财产安全。

▲项目团队

氢气缓解，迅速成为国内外的研究热点。国务院常务会议要求新建核电机组必须能够“从设计上实际消除大量放射性物质释放”。谁来做？怎么做？面对这棘手的国际难题，来自上海核工程研究设计院股份有限公司（ 简称上海核工院 ）的一群致力于氢气安全研究的技术人员，勇敢担起了时代的重担。他们当中，既有研究核电厂反应堆安全、严重事故现象机理的，也有从事核电厂系统设计和结构设计工作的；既有来自彩云之南的资深工程师，也有江南水乡初出象牙塔的莘莘学子……尽管研究方向千差万别，尽管来自五湖四海，但有国家科技重大专项搭好的台子，有严锦泉、史国宝两位总师架好的梯子，有上海核工院数十年发展铺好的路子，他们汇聚在一起，为了共同的目标“解决非能动核电厂氢气安全的工程技术难题”，从分析体系、软件研发，到设备研制的全过程，氢气安全研发团队奋勇向前。

▲项目团队技术交流

有了金刚钻，为解决工程问题奠定基础

三维分析软件，就是氢气缓解分析中必不可少的利器。由于三代核电站增加了非能动安全壳冷却系统（PCS），即利用先进的非能动技术，在水的重力以及空气的自然循环作用下实现安全壳冷却，而常规的商用氢气分析软件GASFLOW当时还不具备较好模拟PCS的能力。软件开发，成为了闯过第一关的必由之路。

尽管这是一片少有人涉及的荒境，但这群年轻人最不缺的，就是拼的精神、闯的劲头、创的勇气。他们从一篇篇文献追根溯源，找到最准确的关系式与适用范围；将一行行公式计算推导，验证机理模型的可靠性；把一段段代码敲进电脑，编译运行、报错、修改、再编译，反复循环……个人的力量终究是有限的，团队成员时不时会碰到无法解决的难题，于是氢气安全研发团队定期组织组内讨论交流、集思广益；踊跃参加国内外的学术研讨会，既认真聆听同行们最前沿的技术分享，也积极分享团队最新的研究成果，听取不同的看法和观点，开拓科研思路；不定期举办专家咨询会，邀请国内外高校老师、制造厂商、行业专家等，虚心请教，明确下一步的改进方向。他们是不囿于方寸之地的夏风，勇猛地推开窗户闯入软件研发的天地，用数百次的暴风雨，构建出艳阳天。

此外，研发团队陆续开发了多层次的氢气安全分析工具，包括氢气爆炸分析程序和氢气扩散火焰分析程序，真正掌握了金刚钻，为工程问题的有效解决奠定基础。

有了分析体系和优化措施，成功解决工程问题

掌握了软件计算的能力，下一步便是要将其运用在核电站氢气风险分析中，开发出全方位的氢气分析体系。

为了顺利完成某项重要的节点，春节前夕，团队成员几乎放弃了休假，依旧在办公室充实地忙碌着，按照计划，需要尽快确定内置换料水箱的氢气风险分析优化方案。团队成员在研究中发现，即使点火器有效，内置换料水箱内仍可能存在氢气爆炸风险，问题十分棘手。总师认真听取了大家前期的工作汇报，站在更高的层面指出方向，提出了可以从“引流”和“惰化”两方面消除氢气风险的观点。团队成员茅塞顿开，纷纷对新的方案展开讨论探究，最终，一份完整的内置换料水箱氢气风险分析方案成稿。

在此基础上，为了进一步提升CAP1400的安全性，团队成员在总师的指导下提出了CAP1400点火器和复合器联合控制方案。通过研发道路上艰苦和持续的探索，研发团队最终建立了完善的分析体系并完成了措施优化，为工程问题的解决提供可行有效的方法，为提升非能动核电厂的安全性添砖加瓦。

▲项目研发技术路线

有了高性能氢控设备，助力氢气安全措施工程应用

有了全面的氢气分析体系研制出的优化措施，如何落实成为了阻挡在胜利曙光前的最后一片云雾。非能动核电厂缺少自主化的氢气控制设备。在国家科技重大专项的支持下，上海核工院氢气安全研发团队联合中国船舶第七一八研究所，开展自主化高性能氢控设备的研制。氢气安全研发团队充分调研国外传统的非能动氢气复合器，消化吸收其设计参数和应用场景，从设计要求、催化剂性能、催化盒结构上开展优化和改进；在研制点火器时，研发团队充分吸纳了其他行业点火器和火工品的设计经验，从电热丝材料、点火头设计、填充材料、密封设计、绝缘设计等多个方面开展创新，数十次制造和测试，开展各类苛刻工况试验。

为了能够全面跟进设备研制过程可能出现的各种问题，团队成员紧跟研制进度。天道酬勤，团队成员们创新研制出了比国外设备单位消氢能力催化单元更少、消氢能力更强的新型非能动复合器和可靠性更高的点火器。

为了验证氢控设备在严重事故下的可用性，研发团队模拟了严重事故下氢气爆燃环境，国内首次搭建了氢气爆燃试验台架，开展危险系数极高的真实氢气爆燃试验，验证氢控设备在氢气爆燃环境下的可用性。

山高自有客行路，水深也有摆渡人，而上海核工院，便是严重事故氢气安全的引路人。他们怀揣着“路虽远，行则将至”的志向，坚定着“浮舟沧海，立马昆仑”的决心，秉持着“功成不必在我，功成必定有我”的信念，历经10年的研发，全面掌握了氢气安全研究的金刚钻，健全了氢气风险分析体系并实施缓解优化，研制了氢控设备……2023年，上海核工院“非能动核电厂氢气缓解关键技术与设备研发”获中国核能行业协会科学技术奖科技进步奖一等奖。每一次颠覆性的创新研发都是氢气安全研发团队的接力慢跑，是一代人甚至几代人的持续努力，也许中途没有鲜花和掌声，但追光的人，终会光芒万丈！ 

（作者：黄高峰 张静   单位：上海核工程研究设计院股份有限公司）