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尼日利亞微堆低濃化團隊:西非大地上的這群中國青年
文章來源:中國原子能科學研究院 日期:2019年08月06日

  今年3月,來自歐亞非美等幾十個國家共計250多人齊聚約旦安曼,參加一年一度的歐洲研究堆會議。開幕式上,美國能源部負責研究堆低濃化項目的官員Christopher Landers介紹了尼日利亞微堆改造的重要意義,并且專門強調了中方團隊在這次低濃化改造項目中所發揮的技術支持作用,其中談到“Dr. Li is here!”

  Christopher Landers口中的“Dr. Li”就是原子能院微型反應堆(以下簡稱微堆)研究室主任李義國。2018年10月,李義國帶領著原子能院微堆團隊前往尼日利亞開展低濃化改造工作。短短兩個月,這支10人的團隊完成了在尼現場所有的試驗工作,順利踐行了2016年核安全峰會上,習近平主席答應幫助尼日利亞進行微堆低濃化轉化的承諾。也正是因為這項任務的圓滿完成,這支團隊獲得了中核集團20172018年度“青年文明號”的稱號。

  踐行大國承諾,低濃化改造迫在眉睫

  1989年起,中國先后向巴基斯坦、伊朗、加納、敘利亞、尼日利亞出口了微型反應堆,這些微堆采用高濃鈾作為燃料。近些年,為了符合核不擴散的國際政策,也為了利于微堆在國內外推廣,2010年9月,原子能院正式開始進行微堆低濃化工作。2016年3月,原子能院微堆低濃化研究團隊在完成我國第一座微堆——原型微堆低濃化改造后,又前往加納,于2017年8月完成了加納微堆的低濃化改造工作。

  在原型微堆和加納微堆成功改造的經驗之上,尼日利亞微堆低濃化也被提上日程。早在2018年5月份,微堆低濃化團隊已經根據尼日利亞微堆現場,在國內按照1:1比例組裝燃料元件,在原子能院完成了模擬零功率實驗,實驗報告也得到了中尼雙方認可。然而真正赴現場調試之時,卻發現尼日利亞微堆改造之行遠比想象之中復雜。

  當時由于尼日利亞國內局勢動蕩,低濃化改造項目又迫在眉睫,但參與此項目的國家和國際原子能機構卻始終無法敲定最終方案。作為項目參與方的美國堅持高濃鈾卸出裝入容器后立即啟運。由于高濃鈾卸出后的外運工作需經多個國家及關卡的層層批復,耗時太長,而當時低濃鈾裝料和調試工作已準備就緒,若要等待外運工作完成后再開展調試工作,將會延后至少半年的工期。

  針對尼日利亞此次特殊態勢,作為微堆團隊項目負責人,李義國提出“低濃鈾和高濃鈾雙線并行工作”的項目方案,即做高濃鈾卸出及乏燃料外運準備工作的同時,在尼日利亞開啟低濃鈾裝料和調試工作。最終,國際合作團隊(美國、國際原子能機構和尼日利亞)最終采取了李義國提出的方案,此方案大大縮短了工程工期,能夠保證尼日利亞微堆核安全的前提下,完成項目改造工作。

  方案已然落實,改造工作就要緊跟其后。低濃化改造工作比建造一座微堆難度更大,這就好比想要翻修一座房子,往往比新建一座房子更耗費精力。

  西非調試現場,年輕人擔大梁

  2018年10月15日凌晨,所有人都在微堆室忙著為新燃料元件發運做準備。出于安全因素考慮,核材料運輸前需要經過劑量監測。團隊成員們在幾個小時之內,完成了新燃料的吊裝、容器整備、編碼核對等工作,并將其順利發運到北京首都機場。

  經過十幾個小時的飛行和五個小時的中途換乘,團隊成員終于到達尼日利亞現場。由于加納微堆改造積累了豐富的經驗,尼日利亞的改造工作對于大家來說也是輕車熟路。即使偶爾遇到技術難題,相互交流之后,也能很快解決。正如值班長之一彭旦所說,“之前已經有了很多經驗,現場基本不會有不能克服的難關。”

  不過話雖如此,現場工作的難點仍是不少。由于尼日利亞經濟并不發達,很多機械元器件及相關工器具都比較落后,比如國內很常見的鋼絲繩、螺絲、螺母等等,如果團隊不提前進行準備,現場找尋則會非常困難,以至影響工作進度。

  當時不滿30歲的王夢嬌作為一名物理員,負責反應堆的調試、測量和數據記錄工作。據她回憶,由于尼日利亞的水下工作條件無法全面保障,現場調試過程中,根據經驗設計了多種臨時安裝方案。同時,尼日利亞微堆的控制系統比較老舊,在低濃鈾堆芯裝料調試的過程中,還需要額外進行控制系統的調試和檢修工作。而當地溫度高、濕度大,電子元器件很容易出現故障,需要提前準備多個電路板過去調試,才最終將控制系統調試完好。

  現場工況復雜,技術操作上也有難度。對于彭旦來說,調試現場有一個環節令他印象深刻。當時堆芯組裝已經完成,在堆芯裝料過程中,需要用檢測儀器來監測反應堆的狀態。作為值班長,彭旦和洪景彥兩人在堆頂上負責堆芯操作。

  反應堆內部深度有五米左右,要用鋼絲繩將組裝好的堆芯吊下去。然而鋼絲繩只能控制上下的位置,無法控制旋轉的方向。堆芯上有一個定位銷,大概寬度是5毫米。在裝料過程中,需要將定位銷準確無誤地放入反應堆內側的小缺口內。雖然相比于加納微堆,尼日利亞由于裝了水下攝像頭,操作條件還算較好。但即便如此,對于趴在堆頂的彭旦來說,要用肉眼在五米深的反應堆內部和攝像頭拍出來的大屏幕之間實現眼神無縫銜接,仍是費了不少功夫。

  改造現場枯燥漫長,但也緊張充實。總體來說,微堆低濃化改造工作如計劃順利進行。10月23日,團隊完成了高濃鈾卸料;11月2日,完成了低濃鈾裝料和首次臨界試驗;11月27日,完成了滿功率試驗。隊員們發揮專業優勢,合理安排,分為兩個班組輪流進行試驗,加班加點完成了工作。

  12月6日,尼日利亞高濃鈾運抵石家莊正定國際機場,同日運抵原子能院。部分隊員剛完成現場的工作,又忙著國內乏燃料進口、接收等任務。12月18日,現場所有試驗完成,標志著尼日利亞低濃鈾工作圓滿成功。

  尋得了詩意,消得住鄉愁

  在西非進行項目改造,除了要攻克技術難關,還要應對惡劣的自然環境以及差異巨大的生活環境,這些對于團隊來說都是不小的考驗。

  對于微堆室團隊來說,最頭疼的莫過于在調試現場突然斷電。后來應中方要求,尼日利亞總算是在工作現場提供發電機發電,解決了這個棘手的難題。不過在生活區營地就沒那么幸運了。10月-12月當時正值西非的旱季,晚上不僅酷熱難耐,還常有蚊蟲侵擾。對于團隊成員們來說,在多個停電的夜晚,大家要依靠筆記本電腦殘存的電量抓緊撰寫報告。

  嚴酷的工作環境,再加上緊張的安全形勢,催生了大家苦中作樂的積極心態。此次遠赴尼日利亞的項目改造團隊共10人,一半以上是35歲以下的青年。在多個難眠的晚上,年輕的團隊成員們開發了不少找樂趣的方式。

  堆芯裝料過程中,與水下攝像頭配套的是一臺大電視。正是這臺電視,伴隨著成員們度過了多個難熬的夜晚。一天繁忙的工作下來,大家相互呼喚著,一齊坐在電視前看場電影,成為最幸福的時光。《地球脈動》紀錄片、《生化危機》、《阿甘正傳》、《無人區》、《尋夢環游記》……而當停電的時候,為了讓大腦緩一緩,他們則會三兩結伴,沿著中心內部的公路走一走,抬頭看看星空、拍拍銀河。幸運的話,或許可以遇到成群的螢火蟲,頗有一番詩意。

  長期在外,思家的愁緒總是伴隨左右。由于團隊成員整體年齡偏年輕,他們的孩子正是需要父母陪伴的年紀。尼日利亞網絡很差,很多人舉著手機來回走,只是為了找到信號好的地方。每到中午視頻時間,大家都會蹲在各個點和家人視頻。王夢嬌打趣說,“最熱門位置,就是我們住的門口那顆芒果樹下”。據她介紹,尼日利亞人也很熱情,每逢走過路過,都很愛和大家家人say hello。“通過視頻的方式,家人可以看到我們現場合作的當地伙伴,也讓他們更理解我們的工作。”

  多次奔赴遠方,伴隨微堆成長

  中國微堆的出口和改造工作,不管是對于團隊還是個人,都是極為迅速的成長體驗。彭旦坦言,在一開始的原型微堆改造過程中,幸運的是,當時很多已經退休的老師傅都來幫忙,“當時這些老師傅就坐在后排的凳子上給我們指導”,彭旦回憶說。充足的技術支持和后備力量,給了這群年輕人很大信心。加納微堆和尼日利亞微堆低濃化改造時,不需要師傅坐鎮,這支團隊已經能夠獨當一面。

  在不斷奔赴遠方的過程中,團隊能力層層升級,個人實力也不容小覷。對于王夢嬌來說,相比于加納現場試驗,此次她不僅參與了更多反應堆物理實驗的設計和測量工作,能更加熟練地完成現場相關工作,并且通過向尼日利亞團隊解釋技術路線、設計思路和實驗方法,也進一步了解到了工程項目尤其是涉外工程項目的特殊之處。

  如今,微堆室的更多重擔落在了這支年輕隊伍身上。由于微堆具有其他反應堆不及的特質——體積小,一個人即可操作;建造成本低。近年來,許多國家逐漸意識到微堆對核技術研究和人員培訓等方面的重要性。目前,有不少國家向微堆室團隊拋出橄欖枝,如今,微堆室研究團隊還承擔著出口泰國的微堆建設項目。除此之外,蘇丹、肯尼亞、埃塞俄比亞、塔吉克斯坦也都表達出想要建造微堆的合作意向,這也給原子能院的微堆發展帶來機遇。中國微堆未來還將走向哪里?人們期待著這群年輕人給出的答案。(李文琪)

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