張偉國，1960 年從哈爾濱工業(yè)大學(xué)電機系畢業(yè)后來到了 194 所，194 所是當(dāng)時二機部北京動力機械研究所的代號，它剛從中科院原子能所分離出來，成立了反應(yīng)堆研究體系。他來到新組建的反應(yīng)堆材料腐蝕與水化學(xué)研究室開始從事反應(yīng)堆材料腐蝕與防腐的研究。之后，該研究體系與六機部 715 所合并為 909 基地，隨后搬遷到四川夾江組建成了二機部一院，他也來到了四川夾江，在核動力裝置材料腐蝕組繼續(xù)從事裝置材料腐蝕的研究。

    1990 年，中國原子能科學(xué)研究院恢復(fù)反應(yīng)堆系列，原搬遷的堆線力量基本回京合并為原子能院，張偉國又回到組建的堆材料腐蝕與水化學(xué)研究室工作，并先后擔(dān)任專業(yè)組長、研究室主任、反應(yīng)堆工程研究設(shè)計所所長，所科技委主任、原子能院科技委副主任、主任等職。他長期從事堆材料腐蝕與水化學(xué)方面研究，并為我國核電動力堆發(fā)展、核電順利起步、重大事件處理、高新發(fā)應(yīng)堆研發(fā)、戰(zhàn)略材料研究做出了貢獻。

    現(xiàn)在已經(jīng)退休的他仍然以年輕的心態(tài)關(guān)注并參與核電防腐蝕在線監(jiān)測的研究，以期在核電防腐蝕上依靠現(xiàn)代的技術(shù)手段取得進一步的突破。

    腐蝕與防護 核電永恒的主題

    從 1960 年開始，張偉國研究員開始從事反應(yīng)堆材料腐蝕與水化學(xué)的研究，他做過大量的蒸汽發(fā)生器、主管道、傳熱管的應(yīng)力腐蝕模擬實驗，研究過核電站結(jié)構(gòu)部件環(huán)境敏感斷裂的系統(tǒng)監(jiān)測和壽命預(yù)測；研究過冷水堆核鈉冷快堆主要設(shè)備材料的環(huán)境失效問題，最長的腐蝕模擬實驗長達5000小時，對于核電的腐蝕與防護他不僅有豐富的實踐模擬經(jīng)驗，而且有很深的感悟。

    采訪中張偉國研究員介紹，安全是核電發(fā)展的生命線。核電的安全、高效發(fā)展離不開核電設(shè)備的高度可靠性。核電設(shè)備一旦失效，不僅影響核電站的正常運行，而且可能導(dǎo)致重大核事故的發(fā)生。他認(rèn)為對核電設(shè)備失效行為的研究是核電站研究設(shè)計中的一個重要領(lǐng)域，也是核電站運行維護的重大課題。

    核電腐蝕與防護的重要性與核的安全、經(jīng)濟可行性有密切關(guān)系，這是兩方面的問題。核安全是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特殊問題。核安全沒有國界，它所帶來的問題是巨大的，在整個核電系統(tǒng)中也是突出的。核能存在著巨大的能量，核的裂變產(chǎn)生核能同時產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)。核反應(yīng)堆就需要有一個可靠安全的包容，重要的意義是包容放射性。特別是福島核電站泄漏事故發(fā)生后的安全問題是對放射性的包容必須是安全可靠的，這跟材料腐蝕有很大的關(guān)聯(lián)。從防止核安全的事故、事件來講，核輻射會因腐蝕造成腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移、遷移、活化到其他工作場面上去，威脅到操作人員的安全從安全角度上講是非常重要的。從經(jīng)濟性上講，現(xiàn)在有百萬億計的核電廠過去按 10 年以前的標(biāo)準(zhǔn)算，平均一天的運行費是1000 萬人民幣，如果因為腐蝕事故導(dǎo)致非計劃停堆，一天的損失就很大。所以從安全性和經(jīng)濟性兩個角度來說，核電站的防腐蝕具有很重要的意義。

    張偉國研究員說：“真正意義上的腐蝕與防護是一個永恒的主題，但真正意義上的腐蝕與防護到現(xiàn)在還有完全解決，如果說比較好的解決腐蝕與防護所帶來的問題，那就是要從核電廠的安全運行和經(jīng)濟性可接受性，按照核電廠的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)所要求的，其放射性的泄漏要在規(guī)定的合理的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，腐蝕性對其持續(xù)運行不會產(chǎn)生很大的影響。這就是真正意義上的腐蝕與防護。”

    解決腐蝕與防護的關(guān)鍵技術(shù)呢？采訪中，張偉國研究員介紹，這也很復(fù)雜。因為腐蝕問題是一個交叉的學(xué)科，在一個大的工程、一個大的鑄件上，因復(fù)雜的環(huán)境，不同的材料、不同的構(gòu)件、不同的體系都會造成復(fù)雜、綜合的腐蝕現(xiàn)象。對核電廠來說會產(chǎn)生一個輻照腐蝕的特殊類別，在中子或其它照射下對材料產(chǎn)生的腐蝕行為，第二核電廠與其他重大工程不同的腐蝕是，核電廠在一定程度上是化工廠，核電廠的防腐是一個系統(tǒng)的工程，其防護取決于建造之初的設(shè)計，建造之初材料的材料選擇至關(guān)重要。整個核電廠從設(shè)計到建造到安裝、運行、管理退役，全程都需要腐蝕與防護。對于腐蝕與防護研究的關(guān)鍵技術(shù)人員，首先要對核能系統(tǒng)工程的整個流程各種參數(shù)變化以及材料的結(jié)構(gòu)要有專業(yè)的了解，這是研究必備的關(guān)鍵技術(shù)，第二要有手段，要模擬出來還原出來。

擔(dān)任反應(yīng)堆工程研究設(shè)計所所長接待加拿大原子能公司 副總裁，埃爾克沙國家實驗室主任一行

受聘總裝部科技委核基礎(chǔ)專業(yè)組成員 

1997-2003年擔(dān)任中國原子能科學(xué)研究院反應(yīng)堆工程研究設(shè)計所所長的工作會議報告

    從零開始，參與“三十年鑄就的典范”——秦山核電站

    上海以南 120 公里，浙江省海鹽縣是秦山核電基地。30 年前，張偉國研究員曾參與過秦山核電站一期工程建設(shè)前材料研發(fā)的全過程。他回憶說：“當(dāng)時叫做‘728’工程 ”。

    1970 年 2 月 8 日，上海市研究落實周總理在聽取了上海市關(guān)于上海缺電，請求在上海建設(shè)核電站的匯報后的講話。“從長遠看，要解決上海和華東用電問題，要靠核電。”當(dāng)時周恩來總理這樣說，“二機部不能光是爆炸部，要搞原子能發(fā)電。”中國的第一座核電站因此被命名為“七二八”工程。1974 年3 月，周總理在北京召開的中央專委會上親自審查批準(zhǔn)了《上海“七二八”核電工程建設(shè)方案》及《“七二八”核電站設(shè)計任務(wù)書》，周總理進一步指出：“對這項工程來說，掌握核電技術(shù)的目的大于發(fā)電。”這為我國核電建設(shè)指明了方向。

    根據(jù)這個指示，從 1970 年到 1975年，張偉國研究員來到了荒蕪人煙的四川夾江的丘陵地帶，開始參與秦山核電站所有材料的研發(fā)，其中包括核電站的核島、常規(guī)島、電站輔助設(shè)備等制造用鋼材料；核承壓設(shè)備包括反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、熱交換器、管道、泵、閥門、儲罐以及堆內(nèi)構(gòu)件的材料；反應(yīng)堆系統(tǒng)的鋼制安全殼或混凝土安全殼或混凝土安全殼的鋼襯里等等核電站建設(shè)所需要的所有材料進行了實驗。據(jù)他介紹，秦山核電站是中國核工業(yè)軍民融合發(fā)展的試驗田，是我國自行設(shè)計、建造和運營管理的第一座30 萬千瓦壓水堆核電站，在這座核電站建設(shè)之前，他參與 728 項目把核電站建設(shè)所有用料，甚至是一顆不起眼的螺絲釘都進行了系統(tǒng)的研發(fā)，秦山核電站是中國核電材料國產(chǎn)化研究的開始。

    為了實現(xiàn) 728 計劃，1970 年張偉國研究員在四川夾江 150 多公里深的丘陵地帶里開始了實驗，作為當(dāng)時的科研人員不僅要用大腦做好做科研工作，還要有好的體力去抬設(shè)備并對其維修、維護。張偉國研究員回憶：“記得一次最長的實驗達到 5000 個小時，我們?nèi)齻€科研人員一組，輪班休息記錄實驗結(jié)果。盡管辛苦，但我當(dāng)時年輕力壯，并有幸接觸到了中國第一座自己的壓水堆核電站所用材料的研發(fā)和設(shè)計；為了實現(xiàn)核電站的安全運行，我們從項目開始便積極地借鑒國外核電站先進的管理經(jīng)驗和管理理念，再結(jié)合秦山核電站的具體情況，制定了嚴(yán)格的管理制度。這在人生中是非常有意義的事情。”

在美國GE研發(fā)部與應(yīng)力腐蝕專家交流 

在加拿大AECL交流

    秦山核電站從 1985 年開工建設(shè)到1991 年并網(wǎng)發(fā)電，因各個方面綜合原因包括水質(zhì)方面的因素，運營不久出現(xiàn)了泄漏事故。張偉國研究員說：“事故出現(xiàn)的原因是典型的應(yīng)力加速產(chǎn)生材料疲勞導(dǎo)致失效，其位置在蒸汽發(fā)生器的傳熱管上。”接受了任務(wù)后，張偉國研究員和國家核安全局、上海 728 研究院、秦山核電站的工作人員組成了研究小組，他們把金屬材料從蒸汽發(fā)生器上取了下來，開始進行失效分析，并確立了同時進行在線驗證的研究思路。秦山核電站是國內(nèi)第一次設(shè)計、第一次運行管理的核電站，所有材料和設(shè)計都是靠自主摸索和嘗試的結(jié)果，泄漏事故出現(xiàn)后繼續(xù)進行“摸索”和“嘗試”。張偉國他們從 1992 年的國慶節(jié)來到了秦山核電站一直干到元旦，從元旦忙到春節(jié)，到 1993 年的 3 月 8 日研究小組終于找出了造成材料失效的原因，并通過了在線驗證達到了國家核安全局的要求標(biāo)準(zhǔn)，秦山核電站可以再次啟動！張偉國研究員說：“之后這座我國最大的核電基地，沒有發(fā)生任何核安全事故，沒有發(fā)生任何對環(huán)境產(chǎn)生影響的事件。”

    秦山核電站記載了中國核電發(fā)展的艱辛之路，這條艱辛的道路上，承載了更多像張偉國這些科技人員艱辛的科研之路，在沒有任何經(jīng)驗的情況下，他們?nèi)珣{自強不息的精神摸索出了系統(tǒng)的核島建設(shè)所需的材料，解決實際運營問題。

擔(dān)任反應(yīng)堆材料腐蝕與防腐研究室主任與英國紐卡孛大學(xué)prof.Conglethen交流

在俄亥俄州立大學(xué)與腐蝕中心主任profe.Smialoleska交流

    “從第一代到第四代”

    從我國核電站的起步開始，張偉國研究員就致力于核電材料腐蝕與防護的研究工作，他全面地經(jīng)歷了我國核電發(fā)展的全過程。他認(rèn)為從上世紀(jì) 50 年代開始到現(xiàn)在，從第一代核電機組過渡到第三代核電機組，其發(fā)展就證明了我國核電發(fā)展已經(jīng)具備了一定技術(shù)性和經(jīng)濟性。

    1954 年前蘇聯(lián)建成電功率為 5 千千瓦實驗性核電站。1957 年，美國建成電功率為 9 萬千瓦希平港原型核電站。這些實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。上世紀(jì) 60 年代后期以來，世界上陸續(xù)建成電功率在 30 萬千瓦以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機組。到了 70 年代核電進入大發(fā)展的時期，目前世界上商業(yè)運行的 400 多臺機組大部分在這段時期建成 , 稱為第二代核電機組。

    “第二代核電站的特點是應(yīng)對嚴(yán)重事故的措施比較薄弱”，張偉國研究員說。

    1979 年在美國三里島核電事故；1986 年在蘇聯(lián)切爾諾貝利核電事故 , 使世界核電發(fā)展進入低潮。總結(jié)這些教訓(xùn)，1980 年美國的電力公司制定了“用戶要求文件”，明確必須把預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故作為設(shè)計上要求 , 把發(fā)生嚴(yán)重事故的概率比第二代核電站至少降低10倍。歐洲也出臺了有同樣要求的文件。滿足以上要求的核電站稱第三代核電站。

    張偉國研究員介紹，核能是一種大規(guī)模使用的安全、經(jīng)濟的工業(yè)能源。核能是當(dāng)今世界發(fā)展的需要，未來 20-25年電力需求是現(xiàn)在的 2 倍。到 2050 年將達到 3 倍。我國核電研發(fā)從上世紀(jì) 70年代到 80 年代，90 年代初實現(xiàn)突破性進展，到目前核電技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了四代發(fā)展的歷史時期。

    第四代核電站較之前三代核電站會有革命性的改進，不僅降低建造的成本，還能夠“減少核物質(zhì)擴散的可能性”。要實現(xiàn)這兩個目標(biāo)，核電站在建設(shè)的過程中就要求高燃耗、高溫堆芯、長壽命。

    “如果要使核能技術(shù)有革命性的提高，首先核材料要有革命性的進步！”張偉國研究員說，“第四代反應(yīng)堆給材料科學(xué)家提供了一個用現(xiàn)代材料科學(xué)與工程知識開發(fā)革命性材料和方法的機遇，材料學(xué)家特別要關(guān)注和研究先進水冷堆、高溫氣冷堆、鈉冷快堆核超臨界水冷堆”的材料。超臨界水的輻射分解特性、超臨界水與燃料包殼堆內(nèi)構(gòu)件材料的相容性、超臨界水冷卻劑化學(xué)的控制技術(shù)。總之，材料的耐腐蝕性能是第四代核電站能否實現(xiàn)的重要制約因素之一！挑戰(zhàn)就是材料的防腐蝕問題，所以要“進一步弄清鋯合金的腐蝕機理”以研究控制其腐蝕行為，改善鋯合金耐腐蝕性能進一步了解合金化學(xué)和顯微組織對氧化膜保護層的結(jié)構(gòu)和保護作用退化的影響機理。

    鋯合金的挑戰(zhàn)

    鋯合金是核電站高性能核燃料元件包殼的首選材料，中國鋯合金的發(fā)展面臨很多挑戰(zhàn)。

    采訪中，張偉國研究員說：“從第二代至第三代核電材料經(jīng)過幾十年的努力，目前核電廠的材料基本上滿足了現(xiàn)在的要求。但從福島核事故以后，人們對核安全有了新的更高的要求，這是因為福島事故發(fā)生的原因雖然不是因為材料本身腐蝕導(dǎo)致的根本原因，但是腐蝕卻是它的幫兇。福島事故海嘯導(dǎo)致電力中斷引起冷卻系統(tǒng)在停電之后，反應(yīng)堆溫度急速升高造成燃料融化包殼破壞，在包殼破裂之后，鋯和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的氫氣，氫氣超過 4% 之后就發(fā)生爆炸，爆炸把壓力堆炸開大量放射性的物質(zhì)泄漏，如果核燃料的鋯包殼好，不產(chǎn)生氫氣就不會發(fā)生核泄漏事故。由此衍生出來，對材料的現(xiàn)狀有些要求，特別提到燃料包殼的抗蝕性，包容第一道屏障不破壞或者是破壞得晚一些，使得操作人員有時間糾正。另一個背景是，大量的核電站在未來 10 年是面臨退役的問題，現(xiàn)在核電站面臨著延壽，根據(jù)調(diào)查，核電廠不可更換的部件還有剩余的壽命，其他部件因為腐蝕可以更換，根據(jù)美國的經(jīng)驗，相當(dāng)大的一部分核電廠可以從 30 年延壽到 60 年甚至延壽到80 年，俄羅斯提出了延壽至 100 年，這樣的一些延壽條件同樣也提到腐蝕問題，應(yīng)該換的更換，不可更換的對其進行評估。”

    但是迄今為止，我國尚未研制出屬于自己的實用高性能鋯合金燃料組件，還必須依賴國外進口。

    張偉國研究員介紹，這有歷史的原因，中國的鋯合金產(chǎn)業(yè)一直是游離在核工業(yè)系統(tǒng)之外的。因為從發(fā)展核工業(yè)開始發(fā)展，中國就是全國大協(xié)作。上世紀(jì)60 年代，為了滿足當(dāng)時生產(chǎn)的需求，上海有色金屬研究所、陜西寶雞有色金屬研究所，還有西北有色金屬研究院等冶金部的相關(guān)單位進行了聯(lián)合攻關(guān)生產(chǎn)出了少量核級海綿鋯，并生產(chǎn)了鋯合金材料。隨著中國核電產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展和市場經(jīng)濟的進程，鋯包殼管的生產(chǎn)對核電整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變得越來越重要，其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有待時日。另外，傳統(tǒng)的鋯包殼材料已經(jīng)不適應(yīng)新一代核電材料的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的鋯包殼，研究新的鋯包殼是一個新的革命性的課題，當(dāng)然改變傳統(tǒng)創(chuàng)新的，首先要進行仍然是腐蝕研究！這是新一代核電防腐蝕人的使命！

    ●  人物簡介

    張偉國，1942 年生，哈爾濱市人，二級研究員，2011 年從中國院子能科學(xué)研究院科技委主任崗位退休。

    1960 年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)電機系，分配到當(dāng)時二機部北京動力機械研究所（代號 194 所），該所剛從中科院原子能所分離出反應(yīng)堆研究體系，本人在新組建的反應(yīng)堆材料腐蝕與水化學(xué)研究室從事反應(yīng)堆材料腐蝕與防腐研究，后該所與六機部 715 所合并為 909 基地（現(xiàn)為中國核動力研究設(shè)計院），隨后搬遷到四川夾江組建二機部一院。本人在二所六室從事核動力裝置材料腐蝕組研究實驗多年，后因成立中國原子能科學(xué)研究院恢復(fù)反應(yīng)堆系列，原搬遷的堆線力量基本回京合并為原子能院，本人繼續(xù)在組建的堆材料腐蝕與水化學(xué)研究室工作。先后擔(dān)任專業(yè)組長、研究室主任、反應(yīng)堆工程研究設(shè)計所所長，所科技委主任、原子能院科技委副主任、主任等職，2010 年晉升為二級研究員。曾擔(dān)任中國腐蝕與防護學(xué)會三屆常務(wù)理事，中國腐蝕與防護學(xué)會能源工程專業(yè)委員會三屆副主任，中國核材料學(xué)會三屆常務(wù)理事、中國核工業(yè)總公司科技委委員，國家基金委評委，核材料與燃料循環(huán)學(xué)科博士生導(dǎo)師，核科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科院級學(xué)位委員會副主席，擔(dān)任（中國）快反應(yīng)堆工程學(xué)術(shù)委員會、科二局核材料與燃料重點實驗室、能二局船舶蒸汽動力裝置重點實驗室學(xué)委會、公安部核技術(shù)反恐技術(shù)委員會委員等職。

    長期為我國動力堆發(fā)展、核電順利起步、重大事件處理、高新反應(yīng)堆研發(fā)、戰(zhàn)略材料研制做出貢獻，先后獲得省部級科技進步獎 9 項，論文、報告、編譯等數(shù)十余部，擔(dān)任“中國核電”“原子能科學(xué)技術(shù)”“中國核材料”等刊物和叢書的編委。