➤时年23岁的钟元章从成都出发，来到了位于乐山市的中国核工业第一研究设计院，正式开启了他的核电人生
➤“花再长时间也得做，国产化是必须要实现的，不能始终依靠进口。”
➤“华龙一号”每台机组每年发电近100亿度，能够满足中等发达国家100万人口的年度生产和生活用电需求，相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨
文 |《瞭望》新闻周刊记者 刘坤
6万多台（套）设备、165公里管道、2200公里电缆，上千人的设计研发团队、5300多家设备供货厂家、近20万人先后参与项目建设……
2021年1月30日，全球第一台“华龙一号”核电机组——中核集团福建福清核电站5号机组正式开始商业运行，拉开了中国成功自主设计研发第三代百万千瓦级核电站的序幕。
3年过去，“华龙”后续机型的研发稳步推进，中国核电事业正朝着更高目标稳步迈进。
62岁的钟元章作为原中国核动力研究设计院“华龙一号”核电项目副总设计师，从零部件100%国产化，到工艺性能极致化，再到制造使用经济化，用近四十年时间，全程见证并参与了中国核电单机组电功率从30万千瓦到120万千瓦的腾飞。
“运气好”，钟元章这样总结他的核电人生。但这份运气，源自于他对核电事业的无限热情、对科技创新的不懈追求，更得益于中国核电事业迅猛发展的时代背景。
这些因素交织在一起，助力钟元章取得一项项成就，助推中国核电领域的发展熠熠生辉，不仅点亮千家万户万丈灯海，更为追求清洁能源和可持续发展的征途注入希望之光。
在位于成都的中国核动力研究设计院内，钟元章（右）
与团队年轻人在试验台架上交流（2024 年 5 月 24 日摄） 刘坤摄 / 本刊
初入核工业领域
时光回溯到1965年，在“核潜艇，一万年也要搞出来”的号召下，四川一处深山中，九〇九基地悄然建立，拉开了中国核动力事业发展的序幕。
1970年8月30日，中国第一代核潜艇陆上模式堆达到满功率运行，发出了中国第一度核电。
1985年3月20日，中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站——秦山核电站开工建设。
1986年，四川省仁寿县小伙钟元章从成都科学技术大学（现四川大学）化工机械专业研究生毕业，双向选择分配到中国核工业第一研究设计院（原九〇九基地，现中国核动力研究设计院）工作。
收拾好行李，时年23岁的钟元章从成都出发，来到了位于乐山市的中国核工业第一研究设计院，正式开启了他的核电人生。
钟元章进入单位后，九〇九基地才逐渐向他揭开神秘面纱。光辉荣耀的历程，让这位满怀理想抱负的青年心中无比澎湃，立下了为国家重点工程贡献力量的远大志向。
“参加工作后才开始接触核电，当时我很兴奋。这项工作可以解决能源问题，核电又是清洁能源，是今后的发展方向，我十分有幸正好赶上了我国核电项目起步阶段。”钟元章说。
裴兆志、张敬才两位老专家参与了我国第一代核潜艇的设计工作，也是钟元章在工作中的领路人，如今均已接近90岁高龄。
“我在日后工作中取得的成绩离不开他们的培养，对工作认真负责的态度也是在他们的严格要求之下树立起来的。”钟元章回忆。
初来乍到的钟元章，每日与图板、丁字尺相伴，做最基础的绘图工作。虽然大学时候有一定的绘图基础，他在工作中依然感到很吃力。
“生产企业按照我们的图纸生产零部件，这些零部件要用到反应堆中，大部分都是非标准化零部件，对尺寸、误差的要求都非常高。”钟元章说。
“慢工出细活”，不太熟练，钟元章就慢画、多画，凭着一股狠劲，哪怕一周画一张图，遇到形态复杂的零部件，就一个月画一张图。
不管怎样，画一张就必须成一张，这是钟元章对自己的要求。他深知每一张图都可能影响反应堆的安全性，容不得半点马虎。
从这个时候开始，“安全是核工业的生命线”便成为钟元章一直坚守的信念，直到今天。
钟元章对工作的态度得到了认可，1987年初，单位将采购的第一台286电脑配给了他。勤奋好学的钟元章开始自学纯英文画图软件，绘制出了中国核动力研究设计院第一张电脑图纸。
用钟元章的话来讲，化工机械专业的毕业生主要的工作就是做各种“瓶瓶罐罐”。钟元章主要的精力就是设计研发用于装载反应堆内部构件的“瓶瓶罐罐”——反应堆压力容器，这一做就是近四十年。
为核电站装上中国“心”
1988年底，钟元章被派往国外学习。
“别人教的都是淘汰的知识，只提供一些理论和老图纸作为参考，他们设计的产品也仅仅适合本国企业的生产工艺，设备能力和设计标准都自成一套，不适合中国国情。”钟元章说，比如在反应堆压力容器上，国外设计的用来探测容器材料受中子辐照影响程度的探测器，国内没有与之相匹配的生产能力，“中国需要拥有自己设计的探测器”。
此次国外学习之旅，让钟元章认识到国产化的重要性。回国后，他的第一个任务就是参与设计研发拥有完全自主知识产权的508-Ⅲ钢。
508-Ⅲ钢，是一种用于制造核电站反应堆压力容器的特殊钢材，须具有耐高温、耐高压、耐辐照的特性，是反应堆乃至整个核电站的重要安全屏障，此前主要依赖于进口。
1979年美国三哩岛核电站事故、1986年苏联切尔诺贝利核电站事故和2011年日本福岛核电站事故，是人类核电发展历程上三次重大事故。它们的问题都出在反应堆上。发生事故时，燃料组件熔化，熔穿反应堆压力容器，酿成大祸。
“我深感自己责任重大。”钟元章说。要做出直径约4米、高10多米、厚约20厘米的高性能“大罐子”谈何容易。
钟元章和同事们需要考虑钢材的化学成分、达到的力学性能、如何检测性能等各方面情况，结合工厂的设备能力和工艺水平，将设计方案交给工厂，由工厂来炼钢、锻造成型、热处理……用多少温度来烧？烧多久？锻造成什么样的形状……钟元章要与工厂反复调试，达不到性能要求就重新拟订研究方案。
反应堆压力容器试验件重达四五十吨，要保证成分和力学性能在试验件各个部位的均匀性，其中淬火工艺十分关键。把试验件放到水里冷却处理，水温多少？水是流动还是静止？全部淹没还是喷水……每一个参数变化对材料性能都将产生较大影响，“仅淬火一个环节，我们就花费了大量人力物力和时间来反复试验。”钟元章说。
那段时间，钟元章经常去工厂，为了方便工作，他吃住都在工厂。看机械加工、焊接是否达到设计要求，与技术工人一起想办法完善试验方案。最多的时候，他一年有两百多天在工厂度过。
“花再长时间也得做，国产化是必须要实现的，不能始终依靠进口。”怀抱着这样的信念，钟元章与同事们二十年磨一剑。
2011年底，秦山核电站二期扩建工程全部建成并网发电。秦山核电站二期扩建工程所建3、4号机组，与秦山核电站二期工程所建1、2号机组相比，设备国产化率由55％提高到70％以上，其中就包含了由508-Ⅲ钢制造的反应堆压力容器，中国核电站的“心脏”实现了中国造。
极致攻关铸就国之重器
当中国第一座30万千瓦级压水堆核电站——秦山核电站开始发电，中国核电人都在思考一个问题——什么时候中国能有自己的百万千瓦核电机组？
带着这一思考与盼望，包括钟元章在内的众多核电人以“强核报国、创新奉献”为己任，迎难而上、攻坚克难，中国核电事业迎来了大发展时期。
钟元章说：“在这一时期，中国核电的许多技术指标不断精进，很多设计标准，基本达到了当今工业生产水平的极致，这些都为‘华龙一号’问世打下了坚实基础。”
仍以反应堆压力容器材料为例，508-Ⅲ钢里面的杂质元素影响材料性能，尤其是铜属于有害元素，辐照后会使材料脆化，其含量越低，反应堆压力容器的使用寿命越长。钟元章介绍：“按照最初的设计标准，铜元素含量是0.08%，我们攻关了近4年，让该指标降低到了0.05%。”
再如508-Ⅲ钢里面的钴元素，受中子辐照后会活化，产生元素变异，生成带有放射性的物质，对人员和环境产生影响。“虽然放射指标在安全范围内，但为了进一步减少对操作人员的影响，我们又攻关了两年多，把钴的含量从0.03%降到0.02%。含量只下降了0.01%，放射性却减少了近50%。”钟元章说。
为了追求百分之零点零几的极致指标，钟元章率团队与生产企业一起，对设备的生产原料进行了极为严苛的筛选，筛选后的矿石原料经过反复熔炼、检测，最终达到了设计要求。
这种极致追求，不仅体现在现有性能指标的精进上，还体现在零部件从0到1的设计创新上。反应堆压力容器这个巨型“罐子”里面装有一百多组核燃料组件。为了保证反应堆安全，“罐子”由“罐身”和上部的“盖子”组成，两者之间需要有耐高温、耐高压的密封环。
钟元章说：“早期核电站用的密封环其截面是O型的，均从国外进口。我们同国内企业一道，设计研制了国产C型密封环。经过一系列试验，证实我们做的C型密封环密封效果更佳。更重要的是，密封环是耗材，每次反应堆‘开盖’换燃料就要更换密封环，现在的价格不到进口密封环的一半，降低了核电站的运营成本。”
……
科研人员们多年来不断创新，不断更新的几千份设计文件和图纸，最终凝结成这个400多吨的“大罐子”，核燃料在这里面发生裂变反应，产生热量，加热高速流动的一回路水，一回路的高温高压水通过蒸汽发生器再加热二回路的水，从而产生蒸汽，推动汽轮机旋转，带动发电机发出点亮万家灯火的核电。
在积累大量经验的基础上，2010年，钟元章被任命为“华龙一号”的副总设计师，负责整个反应堆的结构设计。
反应堆结构包括了反应堆压力容器、控制棒驱动机构、堆内构件、堆顶结构、外围的保温层以及堆外核测装置等部分，使用了近千种、上万件零部件，在钟元章的带领下，这些零部件国产化率达到100%。
实现国产制造的同时，在“华龙一号”的设计中，钟元章继续追求性能极致。比如要提高发电功率，就要有更多燃料组件，为装下更多的燃料组件，就要增大反应堆压力容器。
钟元章说：“‘华龙一号’反应堆压力容器的直径较上一代增加了约40厘米，不要小看这40厘米，这不是简单的放大。容器‘个头’大了，它的生产工艺、性能指标都要随之提升。”
迈过重重难关，“华龙一号”作为第三代百万千瓦级核电技术，所有的结构性能、技术指标都超过以往机组，它是中国核电人过去三十多年里辛勤付出的集大成。
退而不休 勇攀高峰
2023年，年满60岁的钟元章正式退休。然而，钟元章退而不休，继续将精力和热情投入到“华龙”后续机型的设计研发当中。
“因为核电项目的特殊性，我们设计研发的所有零部件、设备要在长时间试验中确定其性能的稳定性、可靠性，一项研发工作，少则一两年，多则十几二十年，甚至更久。我到了退休年龄，但我还有很多持续多年的项目和新的构想想要去完成。”钟元章说。
核电站建设的设计工作，首要是保证安全性，其次是提高经济性。据钟元章介绍，“华龙”后续机型的研发，反应堆结构主要围绕结构优化及材料性能提升，在确保安全性的前提下，进一步提高经济性。
提高经济性的路径，一是提升功率，二是提升核电站使用寿命。
“华龙一号”反应堆上的零部件多达上万个，绝大部分都是非标准化，为实现提升功率和使用寿命的设想，每一个零部件都融入了科研人员大量的心血。
以反应堆内的一个长约10厘米的控制棒驱动机构钩爪为例，最初设计寿命为280万步，中期是610万步，后来实现了1200万步。科研人员继续攻关，通过大量试验，最终将该部件的使用寿命延长到1800万步。整个过程长达四年之久，仅完成1800万步的带载荷耐磨试验就耗时半年。
“再比如反应堆里放了48根堆芯探测器，每次更换核燃料的时候都需要取出来。以往探测器的更换拆除需要一周左右，为此我们研发了专用的探测器拆除装置，实现了自动化，现在48小时就能完成，换料停堆时间缩短增加了发电时间，核电站效益得到提高。”钟元章说。
以控制棒驱动机构钩爪和探测器拆除装置为代表，科研人员对“华龙一号”的改进随处可见——从优化反应堆结构上下功夫，将堆内测量的贯穿件，从压力容器底部变到了顶部，提升反应堆安全性；增加控制棒驱动机构的数量，增加燃料组件组数，提升反应堆功率；将驱动机构耐压壳体从以前的三段式，改为两段式，减少焊缝增加其可靠性，提升使用寿命……
钟元章介绍，从2015年5月，“华龙一号”落地福清核电站到现在，开工建设的每台“华龙一号”机组，其设计都迭代进步，科研人员不断将经验反馈到后续项目中，“华龙”后续机型也将会秉承前路，不断提升安全性和经济性。
这是一个创造性的超级工程，更是一张闪亮的国家名片。“华龙一号”每台机组每年发电近100亿度，能够满足中等发达国家100万人口的年度生产和生活用电需求，相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨。
如今，“华龙一号”批量化建设正在如火如荼地推进中，第四代核电攻关成果也已达到国际先进水平。
昔日青年的美好愿景，如今已成为现实。
“责任重大，使命光荣。”是钟元章对自己几十年工作的总结，也将伴随他和我国的核电事业继续勇攀高峰。□
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