近幾年，核電與高鐵已成為中國在世界外交上的兩張閃亮“名片”。

    核能是未來支撐人類社會發展的重要動力能源，隨著“一帶一路”戰略的推進，中國正成為世界核電發展產業中心，中國核電在不斷地向國際化突破，掀“走出去”熱潮，越來越多的核電站由中國投資并參與建設。然機遇與挑戰并存。

    發展核電，裝備先行。制約核電發展的瓶頸，仍是技術能力和裝備水平的問題。

    我國的核電站主要建設在沿海地區，核電設備材料在海洋大氣環境中的腐蝕情況尤為突出。為了全面科普核電站防腐知識，了解核電站防腐方面的關鍵技術，對比國內外的技術差異等，記者特邀請到清華大學材料學院李正操教授做相關方面精彩解讀。

    李正操，清華大學材料學院教授、博士生導師。研究方向主要為材料輻照效應及應用、核材料及系統的壽命與安全。現為國際（核電廠）維護科學與技術大會主席、國際輻照損傷機制委員會委員、CNPEC 國際顧問委員會委員、國家核電廠安全及可靠性工程技術研究中心技術委員會委員。

    記者：您多年來一直從事材料輻照效應及應用、核材料壽命與安全等教學科研工作，請您談談這些科研工作對核電工業發展的意義？

    李教授：教學和科研工作對于核電工業發展影響意義深遠。國內的核電行業起步較晚，但是發展非常迅速。從上世紀 90 年代的秦山和大亞灣，到現在新建的和計劃在建的幾十座核電站，這其中的跨越需要大量的核電人才來支撐，包括科研人員、管理人員、技術工程師、技術工人等等。針對這種情況，高校的人才培養就扮演了舉足輕重的角色。我們欣喜地看到，國內許多高校都紛紛開設了核電相關的專業。我們需要做好教學工作，來培養一批高質量專業過硬的核電人才。

    高校的顯著優勢之一就是多學科融合。核電工程是一個十分龐大、復雜的工程，相應的，核電安全也是一個十分復雜的學科。比如說，裂變反應的核物理專業對反應堆來說非常重要，但是我們還需要許多配套專業來保證反應堆的效率和安全。我們需要材料方面的人才來保障堆內結構材料和防護材料的可靠性；我們需要熱能方面的人才來保障堆內熱循環的穩定性；我們需要電子方面的人才來保障堆內控制系統的有效運行；我們甚至需要地震方面的人才來評估反應堆在外部災害下的表現；等等。

    而且我們還需要跨學科的綜合性人才，來統籌這些問題，來保障這些環節的緊密相扣，而在跨學科人才培養方面，高校擁有得天獨厚的優勢，應該承擔起這個責任。

    科研對于加深我們對核電站安全的理解具有重要意義。核電站的堆芯是一個十分惡劣的工況環境。以我們最常見的壓水堆為例，它是一個高溫、高壓、高輻照的腐蝕水環境。在核電站出現以前，我們的知識庫并未涉及這樣的領域。

    沒有核安全的科研工作的話，我們就無法預測堆芯在這樣的工況環境下，會不會出問題，會出什么樣的問題。我們從建設和運行秦山和大亞灣核電站中積累了寶貴的經驗，使得我們有了最直接的第一手數據，讓我們更加了解各個部件在反應堆中會有怎樣的性能表現，以及它們的性能又是怎樣隨著運行時間而演變。但是我們仍然面臨著很多問題，包括：第一，秦山和大亞灣還沒有運行到設計壽期，所以我們還沒有一套完整的關于核電站整個運行壽命的安全數據。

    當然，我們也沒有關于核電站延壽運行的經驗和數據；第二，秦山和大亞灣的經驗和數據不能完全照搬到我們現在新建的第三代、第四代反應堆上等等。這些都亟需我們開展更多的研究工作。

    記者：請談談您所從事科研領域的發展現狀？核電工業設備材料的安全防護會用到哪些關鍵技術？怎樣做才能把核電工業設備材料的腐蝕、損傷等危害降到最低？

    李教授：我主要從事的是材料輻照效應、核材料服役行為及反應堆的壽命管理和安全評估。

    在核能系統的關鍵材料中，我們主要涉及鋯合金等包殼材料、不銹鋼等結構材料、壓力容器鋼、石墨等高溫堆結構材料等。他們的力學性能、輻照脆化、耐腐蝕性能、結構穩定性等都是核能系統安全關注的重要問題。在輕水堆中，包殼材料和許多結構材料都是直接暴露在循環水中，所以腐蝕就是一個重要問題。鋯合金會從水中吸氫，生成鋯的氫化物析出，容易造成鋯合金的開裂。不銹鋼本身的耐腐蝕性能較佳，但是輻照條件下合金元素 Cr 在晶界的含量會顯著降低，從而弱化晶界的耐腐蝕性，導致開裂。在高溫氣冷堆中，石墨雖然是在高純氦氣環境中工作，但是由于高溫下石墨本身就是十分易氧化的材料，所以緩慢氧化也是必須考慮的問題。特別是福島核事故之后，核能行業認識到外部災害可能造成的損傷也需要納入到核電站安全管理的體系中來。如果外部災害導致高溫氣冷堆發生了進氣事故，那么石墨材料作為堆內的結構材料，其表現需要細致的評估。

    優化材料耐腐蝕性的手段，最直接的解決辦法之一就是保護涂層。但是因為核電站堆芯是一個復雜嚴苛的工作環境，保護涂層的選擇需要十分的慎重。

    通過調整鋯合金的織構取向，可以間接控制鋯氫化物析出取向，從而減輕其危害。此外通過調整材料的合金成分，也能有效改善其在反應堆中的耐輻照、耐腐蝕性能。還有通過在材料中添加二次相析出物（如 ODS 合金）或者添加第二相（如二相合金），來改善材料性能。

    但是，因為核電站是一個安全第一的體系，而堆內又有復雜的服役環境，所以在材料的選擇上有時候是比較保守的。

    對于核電站來說，材料的研發和評估都很重要。正是“天下之患，莫大于不知其然而然。”核安全，是關系人類命運的大事。一種新的材料，或者一種新的技術，需要在各個方面都符合核電站使用的要求，且有可靠詳實的數據支撐，才有可能應用到反應堆中。

    記者：您曾在日本從事教學科研工作，請您談談國內外在核材料科研領域有何差別？我們應該如何做才能取長補短？

    李教授：國外的核電大國，比如美國、法國、日本等，在上世紀 60 ~ 80 年代就已經積累了大量的科研資料和第一手數據，在核材料的制備和評估上已經比較成熟。他們現在的科研工作，很多時候是在優化細節，尋找目前核安全體系的漏洞和疏忽之處，探尋更好的核材料服役行為的預測模型，從而盡可能減少安全上的不確定因素。

    我國的相關研究相對起步要晚一些，可以學習國外尖端的核材料制備和評估技術，逐步實現核材料的國產化。

    當然，我們也有很明顯的后發優勢。目前的核電行業正處在從第二代堆向第三代堆更新的窗口期，而日本的福島核事故又進一步暴露了第二代堆在設計上的一些短板，讓人們深切地認識到，為何要“萬無一失”，什么叫“一失萬無”。

    我國目前正以第三代甚至第四代堆為切入點大力發展核電，是一個很好的機會。

    因為國外的核電大國有大量老舊的二代堆型，他們現有的科研數據、安全章程都是基于二代堆的。這些積累對三代堆當然有一定的借鑒作用，但是有些科研工作還是得重新做起。這相當于是間接縮小了我國與國外的技術差距。在我所接觸日本核材料科研人員里，大都非常重視數據詳實和結論可靠。

    對于一些模棱兩可的疑點，科研人員愿意花時間、花精力去搞明白。他們十分關注工藝細節，愿意花工夫把每一個步驟都規章化、參數化。他們的材料和樣品的制備技術先進。我覺得這種愿意深入搞明白問題的探索精神和不放過疑點的認真勁兒值得我們學習。當然，日本的核材料科研也有一些問題。古語說：

    不謀全局者，不足謀一域。有時候在細節上花的功夫太多，效率和全局性也可能會受到影響，需要在戰略性和具體戰術上做到更好的平衡。

    記者：請您談談如何使科研成果更好地實現產業化？

    李教授：產業化對于核材料研究來說是一個十分重要的議題，因為核材料研究的特點就是直接服務于明確的產業應用。我覺得特別是核材料研究，對于產業化的考慮是需要從始至終貫穿科研工作的。很多時候，科研人員有尋找有趣研究課題的本能，但是我們其實也時時提醒自己，這個工作對核工業能有怎樣的貢獻？所以說，產業化從一個科研項目立項的時候就開始了。從最開始我們就需要明白，這個項目的內容屬于核工業中的哪一環，對核工業的發展可能會起到怎樣的作用。

    當然做到這點是很不容易的。這需要科研人員不但在自己的研究領域業務過硬，還需要對整個核工業的發展進程有足夠的了解。我們不能把自己局限在核材料科研人員的單一身份上，而需要更加主動地參與到核安全的議題中去。

    當然，這需要學術界提供一些平臺，讓不同背景的核安全研究者能夠坐在一起交流自己的最新進展。在這方面我們還有很大的提升空間。

    后記：

    我國核電“走出去”是一個大方向，當務之急仍是解決制約核電發展的技術瓶頸和安全瓶頸問題，防患于未然，為核電站安全、穩定運行打下堅實的基礎。我們相信中國核電將迎來一個全新的時代！

    人物簡介

    李正操，滿族，1975年生于遼寧鐵嶺。1994年考入清華大學材料科學與工程系，1999年免試攻讀博士學位。2003年獲工學博士學位，同年受聘日本東京大學量子工程與系統科學系，任助理教授。后于2006年回到母校清華大學執教至今。現為清華大學材料學院教授、博士生導師。研究方向主要為材料輻照效應及應用、核材料及系統的壽命與安全。2009年獲清華大學學術新人獎，2010年入選北京市科技新星計劃，2011年入選教育部新世紀人才計劃，2012年入選清華大學221（基礎研究領軍人才）計劃。現為國際（核電廠）維護科學與技術大會主席、國際輻照損傷機制委員會委員、CNPEC國際顧問委員會委員、國家核電廠安全及可靠性工程技術研究中心技術委員會委員。