张伟国，1960 年从哈尔滨工业大学电机系毕业后来到了 194 所，194 所是当时二机部北京动力机械研究所的代号，它刚从中科院原子能所分离出来，成立了反应堆研究体系。他来到新组建的反应堆材料腐蚀与水化学研究室开始从事反应堆材料腐蚀与防腐的研究。之后，该研究体系与六机部 715 所合并为 909 基地，随后搬迁到四川夹江组建成了二机部一院，他也来到了四川夹江，在核动力装置材料腐蚀组继续从事装置材料腐蚀的研究。

    1990 年，中国原子能科学研究院恢复反应堆系列，原搬迁的堆线力量基本回京合并为原子能院，张伟国又回到组建的堆材料腐蚀与水化学研究室工作，并先后担任专业组长、研究室主任、反应堆工程研究设计所所长，所科技委主任、原子能院科技委副主任、主任等职。他长期从事堆材料腐蚀与水化学方面研究，并为我国核电动力堆发展、核电顺利起步、重大事件处理、高新发应堆研发、战略材料研究做出了贡献。

    现在已经退休的他仍然以年轻的心态关注并参与核电防腐蚀在线监测的研究，以期在核电防腐蚀上依靠现代的技术手段取得进一步的突破。

    腐蚀与防护 核电永恒的主题

    从 1960 年开始，张伟国研究员开始从事反应堆材料腐蚀与水化学的研究，他做过大量的蒸汽发生器、主管道、传热管的应力腐蚀模拟实验，研究过核电站结构部件环境敏感断裂的系统监测和寿命预测；研究过冷水堆核钠冷快堆主要设备材料的环境失效问题，最长的腐蚀模拟实验长达5000小时，对于核电的腐蚀与防护他不仅有丰富的实践模拟经验，而且有很深的感悟。

    采访中张伟国研究员介绍，安全是核电发展的生命线。核电的安全、高效发展离不开核电设备的高度可靠性。核电设备一旦失效，不仅影响核电站的正常运行，而且可能导致重大核事故的发生。他认为对核电设备失效行为的研究是核电站研究设计中的一个重要领域，也是核电站运行维护的重大课题。

    核电腐蚀与防护的重要性与核的安全、经济可行性有密切关系，这是两方面的问题。核安全是产业发展的特殊问题。核安全没有国界，它所带来的问题是巨大的，在整个核电系统中也是突出的。核能存在着巨大的能量，核的裂变产生核能同时产生大量放射性物质。核反应堆就需要有一个可靠安全的包容，重要的意义是包容放射性。特别是福岛核电站泄漏事故发生后的安全问题是对放射性的包容必须是安全可靠的，这跟材料腐蚀有很大的关联。从防止核安全的事故、事件来讲，核辐射会因腐蚀造成腐蚀产物的转移、迁移、活化到其他工作场面上去，威胁到操作人员的安全从安全角度上讲是非常重要的。从经济性上讲，现在有百万亿计的核电厂过去按 10 年以前的标准算，平均一天的运行费是1000 万人民币，如果因为腐蚀事故导致非计划停堆，一天的损失就很大。所以从安全性和经济性两个角度来说，核电站的防腐蚀具有很重要的意义。

    张伟国研究员说：“真正意义上的腐蚀与防护是一个永恒的主题，但真正意义上的腐蚀与防护到现在还有完全解决，如果说比较好的解决腐蚀与防护所带来的问题，那就是要从核电厂的安全运行和经济性可接受性，按照核电厂的法规、标准所要求的，其放射性的泄漏要在规定的合理的标准内，腐蚀性对其持续运行不会产生很大的影响。这就是真正意义上的腐蚀与防护。”

    解决腐蚀与防护的关键技术呢？采访中，张伟国研究员介绍，这也很复杂。因为腐蚀问题是一个交叉的学科，在一个大的工程、一个大的铸件上，因复杂的环境，不同的材料、不同的构件、不同的体系都会造成复杂、综合的腐蚀现象。对核电厂来说会产生一个辐照腐蚀的特殊类别，在中子或其它照射下对材料产生的腐蚀行为，第二核电厂与其他重大工程不同的腐蚀是，核电厂在一定程度上是化工厂，核电厂的防腐是一个系统的工程，其防护取决于建造之初的设计，建造之初材料的材料选择至关重要。整个核电厂从设计到建造到安装、运行、管理退役，全程都需要腐蚀与防护。对于腐蚀与防护研究的关键技术人员，首先要对核能系统工程的整个流程各种参数变化以及材料的结构要有专业的了解，这是研究必备的关键技术，第二要有手段，要模拟出来还原出来。

担任反应堆工程研究设计所所长接待加拿大原子能公司 副总裁，埃尔克沙国家实验室主任一行

受聘总装部科技委核基础专业组成员 

1997-2003年担任中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所所长的工作会议报告

    从零开始，参与“三十年铸就的典范”——秦山核电站

    上海以南 120 公里，浙江省海盐县是秦山核电基地。30 年前，张伟国研究员曾参与过秦山核电站一期工程建设前材料研发的全过程。他回忆说：“当时叫做‘728’工程 ”。

    1970 年 2 月 8 日，上海市研究落实周总理在听取了上海市关于上海缺电，请求在上海建设核电站的汇报后的讲话。“从长远看，要解决上海和华东用电问题，要靠核电。”当时周恩来总理这样说，“二机部不能光是爆炸部，要搞原子能发电。”中国的第一座核电站因此被命名为“七二八”工程。1974 年3 月，周总理在北京召开的中央专委会上亲自审查批准了《上海“七二八”核电工程建设方案》及《“七二八”核电站设计任务书》，周总理进一步指出：“对这项工程来说，掌握核电技术的目的大于发电。”这为我国核电建设指明了方向。

    根据这个指示，从 1970 年到 1975年，张伟国研究员来到了荒芜人烟的四川夹江的丘陵地带，开始参与秦山核电站所有材料的研发，其中包括核电站的核岛、常规岛、电站辅助设备等制造用钢材料；核承压设备包括反应堆压力容器、稳压器、热交换器、管道、泵、阀门、储罐以及堆内构件的材料；反应堆系统的钢制安全壳或混凝土安全壳或混凝土安全壳的钢衬里等等核电站建设所需要的所有材料进行了实验。据他介绍，秦山核电站是中国核工业军民融合发展的试验田，是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30 万千瓦压水堆核电站，在这座核电站建设之前，他参与 728 项目把核电站建设所有用料，甚至是一颗不起眼的螺丝钉都进行了系统的研发，秦山核电站是中国核电材料国产化研究的开始。

    为了实现 728 计划，1970 年张伟国研究员在四川夹江 150 多公里深的丘陵地带里开始了实验，作为当时的科研人员不仅要用大脑做好做科研工作，还要有好的体力去抬设备并对其维修、维护。张伟国研究员回忆：“记得一次最长的实验达到 5000 个小时，我们三个科研人员一组，轮班休息记录实验结果。尽管辛苦，但我当时年轻力壮，并有幸接触到了中国第一座自己的压水堆核电站所用材料的研发和设计；为了实现核电站的安全运行，我们从项目开始便积极地借鉴国外核电站先进的管理经验和管理理念，再结合秦山核电站的具体情况，制定了严格的管理制度。这在人生中是非常有意义的事情。”

在美国GE研发部与应力腐蚀专家交流 

在加拿大AECL交流

    秦山核电站从 1985 年开工建设到1991 年并网发电，因各个方面综合原因包括水质方面的因素，运营不久出现了泄漏事故。张伟国研究员说：“事故出现的原因是典型的应力加速产生材料疲劳导致失效，其位置在蒸汽发生器的传热管上。”接受了任务后，张伟国研究员和国家核安全局、上海 728 研究院、秦山核电站的工作人员组成了研究小组，他们把金属材料从蒸汽发生器上取了下来，开始进行失效分析，并确立了同时进行在线验证的研究思路。秦山核电站是国内第一次设计、第一次运行管理的核电站，所有材料和设计都是靠自主摸索和尝试的结果，泄漏事故出现后继续进行“摸索”和“尝试”。张伟国他们从 1992 年的国庆节来到了秦山核电站一直干到元旦，从元旦忙到春节，到 1993 年的 3 月 8 日研究小组终于找出了造成材料失效的原因，并通过了在线验证达到了国家核安全局的要求标准，秦山核电站可以再次启动！张伟国研究员说：“之后这座我国最大的核电基地，没有发生任何核安全事故，没有发生任何对环境产生影响的事件。”

    秦山核电站记载了中国核电发展的艰辛之路，这条艰辛的道路上，承载了更多像张伟国这些科技人员艰辛的科研之路，在没有任何经验的情况下，他们全凭自强不息的精神摸索出了系统的核岛建设所需的材料，解决实际运营问题。

担任反应堆材料腐蚀与防腐研究室主任与英国纽卡孛大学prof.Conglethen交流

在俄亥俄州立大学与腐蚀中心主任profe.Smialoleska交流

    “从第一代到第四代”

    从我国核电站的起步开始，张伟国研究员就致力于核电材料腐蚀与防护的研究工作，他全面地经历了我国核电发展的全过程。他认为从上世纪 50 年代开始到现在，从第一代核电机组过渡到第三代核电机组，其发展就证明了我国核电发展已经具备了一定技术性和经济性。

    1954 年前苏联建成电功率为 5 千千瓦实验性核电站。1957 年，美国建成电功率为 9 万千瓦希平港原型核电站。这些实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。上世纪 60 年代后期以来，世界上陆续建成电功率在 30 万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组。到了 70 年代核电进入大发展的时期，目前世界上商业运行的 400 多台机组大部分在这段时期建成 , 称为第二代核电机组。

    “第二代核电站的特点是应对严重事故的措施比较薄弱”，张伟国研究员说。

    1979 年在美国三里岛核电事故；1986 年在苏联切尔诺贝利核电事故 , 使世界核电发展进入低潮。总结这些教训，1980 年美国的电力公司制定了“用户要求文件”，明确必须把预防和缓解严重事故作为设计上要求 , 把发生严重事故的概率比第二代核电站至少降低10倍。欧洲也出台了有同样要求的文件。满足以上要求的核电站称第三代核电站。

    张伟国研究员介绍，核能是一种大规模使用的安全、经济的工业能源。核能是当今世界发展的需要，未来 20-25年电力需求是现在的 2 倍。到 2050 年将达到 3 倍。我国核电研发从上世纪 70年代到 80 年代，90 年代初实现突破性进展，到目前核电技术发展经历了四代发展的历史时期。

    第四代核电站较之前三代核电站会有革命性的改进，不仅降低建造的成本，还能够“减少核物质扩散的可能性”。要实现这两个目标，核电站在建设的过程中就要求高燃耗、高温堆芯、长寿命。

    “如果要使核能技术有革命性的提高，首先核材料要有革命性的进步！”张伟国研究员说，“第四代反应堆给材料科学家提供了一个用现代材料科学与工程知识开发革命性材料和方法的机遇，材料学家特别要关注和研究先进水冷堆、高温气冷堆、钠冷快堆核超临界水冷堆”的材料。超临界水的辐射分解特性、超临界水与燃料包壳堆内构件材料的相容性、超临界水冷却剂化学的控制技术。总之，材料的耐腐蚀性能是第四代核电站能否实现的重要制约因素之一！挑战就是材料的防腐蚀问题，所以要“进一步弄清锆合金的腐蚀机理”以研究控制其腐蚀行为，改善锆合金耐腐蚀性能进一步了解合金化学和显微组织对氧化膜保护层的结构和保护作用退化的影响机理。

    锆合金的挑战

    锆合金是核电站高性能核燃料元件包壳的首选材料，中国锆合金的发展面临很多挑战。

    采访中，张伟国研究员说：“从第二代至第三代核电材料经过几十年的努力，目前核电厂的材料基本上满足了现在的要求。但从福岛核事故以后，人们对核安全有了新的更高的要求，这是因为福岛事故发生的原因虽然不是因为材料本身腐蚀导致的根本原因，但是腐蚀却是它的帮凶。福岛事故海啸导致电力中断引起冷却系统在停电之后，反应堆温度急速升高造成燃料融化包壳破坏，在包壳破裂之后，锆和水发生化学反应产生大量的氢气，氢气超过 4% 之后就发生爆炸，爆炸把压力堆炸开大量放射性的物质泄漏，如果核燃料的锆包壳好，不产生氢气就不会发生核泄漏事故。由此衍生出来，对材料的现状有些要求，特别提到燃料包壳的抗蚀性，包容第一道屏障不破坏或者是破坏得晚一些，使得操作人员有时间纠正。另一个背景是，大量的核电站在未来 10 年是面临退役的问题，现在核电站面临着延寿，根据调查，核电厂不可更换的部件还有剩余的寿命，其他部件因为腐蚀可以更换，根据美国的经验，相当大的一部分核电厂可以从 30 年延寿到 60 年甚至延寿到80 年，俄罗斯提出了延寿至 100 年，这样的一些延寿条件同样也提到腐蚀问题，应该换的更换，不可更换的对其进行评估。”

    但是迄今为止，我国尚未研制出属于自己的实用高性能锆合金燃料组件，还必须依赖国外进口。

    张伟国研究员介绍，这有历史的原因，中国的锆合金产业一直是游离在核工业系统之外的。因为从发展核工业开始发展，中国就是全国大协作。上世纪60 年代，为了满足当时生产的需求，上海有色金属研究所、陕西宝鸡有色金属研究所，还有西北有色金属研究院等冶金部的相关单位进行了联合攻关生产出了少量核级海绵锆，并生产了锆合金材料。随着中国核电产业的大发展和市场经济的进程，锆包壳管的生产对核电整个产业的发展变得越来越重要，其产业的发展有待时日。另外，传统的锆包壳材料已经不适应新一代核电材料的发展，改变传统的锆包壳，研究新的锆包壳是一个新的革命性的课题，当然改变传统创新的，首先要进行仍然是腐蚀研究！这是新一代核电防腐蚀人的使命！

    ●  人物简介

    张伟国，1942 年生，哈尔滨市人，二级研究员，2011 年从中国院子能科学研究院科技委主任岗位退休。

    1960 年毕业于哈尔滨工业大学电机系，分配到当时二机部北京动力机械研究所（代号 194 所），该所刚从中科院原子能所分离出反应堆研究体系，本人在新组建的反应堆材料腐蚀与水化学研究室从事反应堆材料腐蚀与防腐研究，后该所与六机部 715 所合并为 909 基地（现为中国核动力研究设计院），随后搬迁到四川夹江组建二机部一院。本人在二所六室从事核动力装置材料腐蚀组研究实验多年，后因成立中国原子能科学研究院恢复反应堆系列，原搬迁的堆线力量基本回京合并为原子能院，本人继续在组建的堆材料腐蚀与水化学研究室工作。先后担任专业组长、研究室主任、反应堆工程研究设计所所长，所科技委主任、原子能院科技委副主任、主任等职，2010 年晋升为二级研究员。曾担任中国腐蚀与防护学会三届常务理事，中国腐蚀与防护学会能源工程专业委员会三届副主任，中国核材料学会三届常务理事、中国核工业总公司科技委委员，国家基金委评委，核材料与燃料循环学科博士生导师，核科学与技术一级学科院级学位委员会副主席，担任（中国）快反应堆工程学术委员会、科二局核材料与燃料重点实验室、能二局船舶蒸汽动力装置重点实验室学委会、公安部核技术反恐技术委员会委员等职。

    长期为我国动力堆发展、核电顺利起步、重大事件处理、高新反应堆研发、战略材料研制做出贡献，先后获得省部级科技进步奖 9 项，论文、报告、编译等数十余部，担任“中国核电”“原子能科学技术”“中国核材料”等刊物和丛书的编委。