2018夏天在日本东北大学参加日本混相流学会论文奖颁奖仪式

　　【嘉善人在海外②】

　　沈秀中出生在丁栅水乡，家乡密织的水网是他童年最深的记忆。那时候，交通并不方便，出门常常要走水路。上世纪七八十年代，手摇船是沈秀中家乡最常见的交通和运输工具。橹声欸乃固然是水乡特有的音符，但与逐渐出现的机动船相比，手摇船的费力和难以适应高效率、快节奏的生活需求，让年幼的沈秀中感受到了动力机械和能源对改善人们生活的重要性，这也是让他立志从事核能研究的小小引子。

　　中国核电的“黄埔一期生”

　　1986年，沈秀中从位于古镇西塘的嘉善第三中学高中毕业，如愿考入了上海交通大学动力机械工程系(现为机械工程学院)。上海交大动力机械工程系原来是为了开发船舶动力而设置的院系。但随着时代的进步，动力源的开发已经从曾经燃煤的蒸汽机，逐渐转变为对以燃油的柴油和汽油发动机、燃油和燃气的火力发电厂以及依靠核反应堆的核能发电厂等为中心的复杂能源转换和利用的体系。考虑到石油、煤炭和天然气等化石燃料有耗尽的可能性，所以在专业选择上，沈秀中选择了核能的开发和利用。

　　通过4年动力机械的基础知识和专业知识的学习，1990年夏天，沈秀中迎来了大学毕业的日子，并被分配到秦山核电站工作。当时的秦山核电站正值起步初期，只有在建的一期工程，其中的300MW核电机组是我国首次自主研制开发的。该工程在1985年开始动工建造，在工程建设的第5年，沈秀中作为刚大学毕业的新人参加了这个项目建设，让他感到何其有幸。他们这些新人首先接受了系统的上岗培训，然后被分配到这个工程的各项准备工作中。他参加了一期工程的核岛和常规岛系统的冷态和热态调试、辐射防护系统的建立以及应急中心的筹建等工作。

　　1991年12月，秦山核电站一期工程首次实现了并网发电，成为当时中国自行设计、建设和运营管理的第一套核电机组。一期工程发电之后，沈秀中他们的主要工作是核电站运行和安全管理。因为上世纪90年代的中国经济发展急需电力供应，所以秦山一期并网发电之后，秦山二期和三期工程的建设马上进入了倒计时。沈秀中他们这些在秦山核电站一期工程工作的年轻人可谓是当时中国核电的“黄埔一期生”，注定要被安排到其他的核电工程中去的。

　　何去何从？面对选择，沈秀中思绪万千。经过激烈的思想斗争，他决定离开秦山核电站，回到从事技术开发和科学研究的学术领域。尽管从事核电站运行和安全管理工作有不少挑战，但是他更喜欢开发新的核能、热能和电能的转化技术以及研制高效和安全的核资源利用设备，期望在这些领域中发挥自己的力量。1993年9月，考研成功的沈秀中又回到上海交通大学动力机械工程系核能利用专业，开始攻读硕士研究生。按照常规，上海交通大学硕士研究生的学制是2年半。由于学习成绩名列前茅，1995年9月他提前半年硕士毕业，并获得了继续攻读博士学位的机会。

　　邂逅“文殊”核反应堆

　　在沈秀中博士学习期间，上海交通大学和日本大阪大学签订了友好交流协定。经过上海交通大学校内选拔，他获得了上海交通大学和日本大阪大学联合培养博士生的公派学习机会。1997年3月，沈秀中首次前往日本，在大阪大学师从日本著名的快中子核反应堆学者宫崎庆次教授学习了1年3个月。

　　日本作为一个资源匮乏的岛国，始终寻求在核电领域能跻身世界顶尖水平。上世纪90年代初，日本在福井县敦贺市建造了以钚铀混合氧化物(MOX)为燃料的文殊钠冷快中子核反应堆。在建设之初，文殊堆一度被誉为“梦幻反应堆”。日本政府投入了超过一万亿日元(约合655亿人民币)的经费，还以文殊菩萨命名，期待新实验堆能找到“掌控核能，造福人类”之路。

　　但就在1995年，这个日本人引以为自豪的文殊钠冷快中子核反应堆出现液态金属钠泄漏的燃烧事故，之后一直处于停堆状态。也正因如此，沈秀中得到了一些随宫崎教授考察文殊钠冷快中子核反应堆的学习机会。

　　这是非常难得的学习机会。人类在1942年首次实现了利用铀235的可控核裂变反应，并在1954年将铀235核裂变反应产生的能量转换成电能送上了电网，建造了数百座核裂变核电站。但是在自然界的铀中99.3%是不易裂变的铀238，只有0.7%是易裂变(可以用于核裂变反应)的铀235。所以利用快中子核反应堆将自然界的不易裂变的铀238转换成易裂变的钚239，然后再用于核裂变反应堆，实现核燃料循环。这是人类希望得到取之不尽能源的梦想。而为了维持快中子的核反应，在堆中的低质量的高速中子不能被减速，所以像液态钠和铅这样的重金属是理想的运输由核反应产生的热量的介质。但是液态钠在空气中可燃，泄漏之后可能引起火灾。日本文殊钠冷快中子核反应堆的事故就是一个典型的例子。当时我国的学者也认识到快中子核反应堆的重要性，但是具体的研究工作处于空白阶段。

　　在大阪大学，沈秀中系统地学习了当时日本最新的快中子核反应堆技术。1998年夏天，完成了大阪大学的学习之后，他重新回到了上海交通大学并获博士学位，然后留在上海交通大学动力机械工程学院核科学与工程系任教。

　　留校任教之后，沈秀中积极争取各种科研经费，尝试着开辟一个填补空白的新的研究方向。吸取日本文殊钠冷快中子核反应堆钠事故的教训，他选择了开发铅冷快中子核反应堆的研究方向。因为铅特性稳定，泄漏之后不可能发生火灾。沈秀中和他的学生一起测试液态铅合金的基本特性，建立了简易的液态铅合金的流动回路。通过实验和结合铅冷快中子核反应堆的数值模拟计算，他们掌握了液态铅合金运输热量的特性，并探讨了铅冷快中子核反应堆的可行性和潜在的问题。

　　沈秀中他们的这些研究成果以学术论文的形式全部发表在专业学术期刊上。他们的这些研究成果可以说是国内快中子核反应堆开发的先驱研究成果，为现在中国国内的大规模快中子核反应堆的设计和建设奠定了一定的基础。

　　在世界级研究中心收获满满

　　沈秀中告诉记者，利用核裂变反应的核反应堆除了核燃料循环问题之外，还有两个大问题和一个大潜力。第一大问题是核反应堆的安全问题，第二大问题是核裂变反应产生的长寿命核废料的处理问题，而所谓的一个大潜力则是利用核裂变反应产生的中子为人类服务的潜力。这些问题的世界研究中心之一是日本京都大学原子炉实验所(2018年10月改名为京都大学复合原子力科学研究所)。

　　受日本京都大学邀请，2001年夏天开始，沈秀中来到原子炉实验所任教。这个实验所是由日本第一位诺贝尔奖(物理奖)得主汤川秀树教授于1963年创建，有教职员工约200名，目前拥有KUR(5MW京大核裂变反应堆)、ADS(加速器驱动未临界核裂变反应堆)和KUCA(堆心可以灵活组装的零功率核裂变反应堆)等大型设备，主要从事研究核反应堆安全、核废料处理和中子利用。

　　沈秀中介绍，现在的KUR主要是作为医疗设备在被利用，每周都会接受数名癌症病人进行治疗。因为最新开发的中子捕获疗法(BNCT)可以利用在核反应堆中产生的中子将恶性肿瘤细胞杀死而不影响肿瘤细胞附近的健康细胞。

　　KUR原来的设计是利用高浓缩铀(93%)核燃料。但是因为高浓缩铀可以被移用为原子弹的材料，受国际核不扩散条约的限制，日本政府要求京大改用低浓缩铀(约20%)核燃料。到京都大学赴任之后，沈秀中承担的第一项工作就是通过计算机模拟分析和评价使用低浓缩铀核燃料后KUR的安全性和可行性。沈秀中的安全评价结果通过日本原子力安全委员会的审查之后，KUR在2006年实现了利用低浓缩铀核燃料的运行。

　　为了提高核反应堆的安全性，并将长寿命的放射性元素(核废料)转换成短寿命或没有放射性的元素而实现处理核废料，日本从2003年开始在京都大学原子炉实验所建设加速器驱动未临界核裂变反应堆(ADS)，并于2009年实施了世界首次ADS实验。沈秀中所在的团队承担了这个项目中接受由加速器加速的阳离子然后释放中子的核心部件阳离子耙的研究和开发。他们还建立了将核反应堆产生的中子像可见光、X线和g线一样利用的中子成像技术，填补了X线和g线成像技术的难以分辨的领域的观察和测量。

　　沈秀中告诉我们，核反应堆安全的核心是将在核反应堆中产生的热量高效而且安全地运出来，从而保持核反应堆系统的完整性。他和他的团队成员依靠自己研制开发的测量仪器，开展了大量的热量输运介质的基础实验，取得了很多珍贵的实验数据，建立了很多描述核反应堆中能量输运的数学模型。以沈秀中为中心的团队系列研究成果获得了日本原子力学会的论文奖、日本混相流学会的论文奖以及日本原子力研究开发机构的研究开发功绩奖等奖励。

　　现在国内核能发电和核动力驱动的研究开发处于蓬勃发展中。沈秀中团队在确保核电站安全和开发核技术的研究领域内，与国内的大学和研究机构进行了不少交流。他们接收了多名来自哈尔滨工程大学的教师和中国核动力研究设计院的科研人员的进修，也招收了一些来自上海交通大学等国内知名大学的留学生。近年来，只要有机会，沈秀中也经常回到国内进行学术交流。他曾多次前往四川大学和西安交通大学等大学进行讲学交流。他说，非常希望能将自己在日本研习到的核利用技术等知识，分享给国内的同行和后继的学生，以此为我国的核能利用和核技术开发事业发展尽一份力。（本栏目与县侨联、县侨办联合刊出）