中国第一座反应堆的 “临界” 传奇

1958年6月13日，我国第一座反应堆——101重水研究堆（代号HWRR）首次达到临界。

101重水研究堆为发展我国的核科学技术，特别是对我国原子弹、氢弹爆炸成功，核潜艇制造，放射性核素辐照生产，基础和应用基础研究以及培养核领域科技人才等作出了重要贡献。

1955年1月15日，中南海怀仁堂内，毛泽东主席的一句“我们自己干，也一定能干好”，拉开了中国核工业的序幕。这一天，中共中央书记处扩大会议作出重大决策——发展中国原子能事业。同年，在苏联援助下，中国开启了第一座重水反应堆的建设，代号“101堆”。

这座反应堆的诞生，不仅是中国核物理研究的里程碑，更是中国自主掌握核技术的起点。而在它的背后，一代科学家以“以任务带学科”的开拓精神，用计算尺和手摇计算机，书写了中国原子能事业的传奇。

1950年5月19日，中国科学院近代物理研究所（中国原子能科学研究院前身）成立，国务院任命吴有训为所长，钱三强为副所长。

1952年，在制定核科研第一个五年计划时，中国科学院近代物理研究所提出了要建造“一堆一器”开展核科学研究的建议。按照当时中国的工业基础和技术水平，自主建造反应堆困难重重，向政治上歧视、经济上封锁中国的西方国家购买是不可能的，所以当时向社会主义“老大哥”苏联寻求帮助成为唯一的希望。

1953年，钱三强率代表团访问苏联物理所时，曾经向法国居里实验室的同事询问苏联可否在建造反应堆和回旋加速器方面给予中国援助，对方用法语谨慎地回答：“这个恐怕需要最高领导来决定。”

1955年1月15日，毛泽东主席主持中共中央书记处扩大会议，会议作出了发展中国核工业的战略决策。毛泽东主席说：“现在苏联对我们援助，我们一定要搞好。我们自己干，也一定能干好，我们只要有人，又有资源，什么奇迹都可以创造出来！”

1955年4月27日，中国政府代表团与苏联政府签订了《关于为国民经济发展需要利用原子能的协议》。协议规定，苏联向我国出售一座7000千瓦的重水反应堆和直径1.2米的回旋加速器。根据协定，反应堆和加速器工程的初步设计由苏方负责，中方负责为初步设计提供勘探资料和总平面草图，参加审查初步设计、编制设计任务书，并作施工图设计。

1955年11月，钱三强率领“热工实习团”39人分两批赴苏学习。他们在苏联理论与实验物理研究所（时称“热工研究所”）等单位实习，以便回国后参加回旋加速器和实验性重水反应堆的安装、调试、运行，并利用它们开展核物理的实验研究工作。

这39人包括即将在重水反应堆工作的留苏技术人员，以及国内有经验的工程师，核物理学家黄祖洽和他的导师彭桓武都在其中。

钱三强（前排右三）、何泽慧（前排右二）等

在苏联

来源 | 中国科学家博物馆

访苏期间，黄祖洽用两种方法对临界尺寸进行计算，发现临界尺寸放56根零件即可，但是苏联原设计书给出的数据是需放63根，高出10%以上。经过反复测试，最后苏联方面表示：“你可能是对的。”果然，在该反应堆启动时的临界实验中，黄祖洽的计算结果得到了证实。

后来在我国1958年实际建堆的临界启动过程中，运用了黄祖洽的临界尺寸结果，建堆临界成功启动，进一步证明了“56根”临界尺寸结论是正确的。

1956年5月26日，苏联援助我国的实验性重水反应堆和回旋加速器正式开工兴建。

钱三强亲自抓反应堆和加速器的运行队伍的培训和配置，组织赴苏联实习回国的科技骨干和来华苏联专家培训国内第一批运行人员。

值班主任由有经验的高级工程师担任，操作员由学工程和学物理的新大学生组成。彭桓武不仅担任讲师，还与黄祖洽等作为理论物理师参加临界实验。朱光亚同苏联专家一道参加反应堆计量监测系统的安装调试工作，带领反应堆物理启动小组对重水反应堆进行了一系列物理参数测量。

在反应堆理论研究方面，国内除彭桓武、黄祖洽二人外，没有其他人搞反应堆理论。为了培养一批反应堆理论工作者，1956年上半年，彭桓武和黄祖洽合作，在中国科学院物理研究所举办为期一年的反应堆理论训练班。

他们从北京大学物理研究室挑选了第一期的十来个应届毕业生，又从其他院校挑选了数学、工程方面的十余人，组建了一支从事反应堆理论和设计工作的队伍。第一年主要由彭桓武讲中子反应堆理论课，黄祖洽带着学生做反应堆的物理计算，为重水反应堆开堆做准备，后来开拓原子核反应堆物理的担子主要落到了黄祖洽肩上。

1958年北京大学技术物理系第二期毕业生分配到黄祖洽为组长的核反应堆理论组。黄祖洽亲自讲授热中子反应堆及输运理论，挑起了授课和带领大家搞科研的重担。

1958年，黄祖洽（右）与彭桓武、何泽慧

讨论学术问题

来源 | 中国科学家博物馆

黄祖洽对年轻的物理工作者们说：“没有学过反应堆不要紧，可以‘以任务带学科，边干边学’”。他制定了四套临界方案，指导大家对这些方案进行临界大小与动力学方面的物理计算，每个重要参数都安排两个人分别平行计算，主要计算工具是计算尺加上一台手摇计算机。

最终，黄祖洽带领着大学生们组成反应堆理论组，成功地保证了中国第一座重水反应堆的安全运行。

1958年6月13日，我国第一座重水反应堆首次达到临界。1958年9月27日，国务院在原子能院隆重举行我国第一座重水反应堆和第一台回旋加速器移交生产典礼，时任国务院副总理、国家验收委员会主任聂荣臻签字验收，国务院副总理兼外交部长陈毅元帅剪彩。

101堆建成后，成为我国核物理、反应堆物理、热工、材料性能考验等科学领域的重要科研平台，为我国国防建设、核科学技术和国民经济的发展作出了重要贡献。

101重水研究堆

来源 | 中核集团

核工业科技工作者围绕101堆开展了大量科学研究和实验工作，为“两弹一艇”（原子弹、氢弹和核潜艇）的成功研制作出重大历史贡献；完成了我国第一座核电站秦山核电站燃料元件辐照考验、启动中子源的辐照研制，为核电燃料元件国产化提供有力支持；建立了我国首个中子散射实验基地和亚洲首个冷中子源装置。

建设101堆，还为我国培养了大批核科技工作者。老一辈科学家钱三强、朱光亚、何泽慧等都曾在101堆工作过，它为我国培养了多名两院院士、上千名核工程技术骨干，遍布核工业各个单位，被称为我国核反应堆工程的摇篮，享有“功勋反应堆”之美誉。

1978年至1980年，原子能院自主进行了101堆大修改建工程。1986年5月1日，该改建工程获国家科技进步奖一等奖。

2007年底，经过近50年的安全运行，“101堆”永久停闭，进入安全关闭期等待退役。如今“一堆一器”已入选中央企业工业文化遗产、国家工业遗产及全国重点文物保护单位。“101堆”退役完成后拟建为首座研究堆历史纪念馆。

审核专家：北京理工大学硕士生导师 陈雁

参考文献：

[1]殚思求火种 深情寄木铎 黄祖洽传[M].北京:中国科学技术出版社,2017.

[2]致敬！与新中国一路同行的“一堆一器”[N].人民日报,2024-10-05.

[3]是什么开启了我国的原子能时代？是原子弹吗？并不是！[OL].中核集团知乎号,2021-05-18.

[4]我国第一座重水研究堆退役获国家立项批复 六十载风雨砥砺 炼就大国之核[OL].中核集团澎湃号,2019-11-15.