创新引领未来：一群中国核电人在智慧化学领域的全球进阶之路
“龙楼凤阙不肯住，飞腾直欲天台去。”一千三百年前，诗仙李白游览台州后，留下了这样的诗句。这个位于浙江省中部的城市，历史悠久，居山面海。中核集团旗下中国核能电力股份有限公司（简称中国核电）控股的三门核电有限公司，就位于台州市三门县健跳镇。
三门核电位于浙江省台州市三门县健跳镇。
众所周知，核能是一种低碳能源，使用核能发电可以减少二氧化碳的排放，为我国实现“双碳”目标贡献力量。今年四月，三门核电一期工程两台机组累计实现安全发电1000亿度，相当于节约标准煤2800余万吨，减排二氧化碳7500万吨。
然而在公众层面，对核电抱有质疑态度的人仍为数不少，核电安全一直是大众关心的话题。在三门核电，有这样一个实验室，他们的团队通过化学控制方法降低一回路辐射剂量，开发机器人代替工作人员完成部分工作，取得了令人瞩目的成果。
一、视野：站在后天看明天，决定今天的选择
在国内三代核电化学领域，存在着一系列重点难点问题。例如压水堆新机组一回路热试钝化最佳锌浓度，锌元素的载体——核级贫化醋酸锌等新材料的制备技术，一回路化学的在线监检测精密仪器仪表开发、放射化学分析机器人技术，以及核电厂“黑灯实验室”技术等。近年来，三门核电成立重点实验室，将上述问题逐个攻关成功。
2024年7月23日，由三门核电牵头申报的“全省先进压水堆水化学技术和材料研究重点实验室”（以下简称“省重”）通过了浙江省科技厅的评审和论证，正式发文公示，这是中国核电首个成功获批的全省重点实验室。在浙江省对全省重点实验室优化重组，大幅缩减“省重”数量的形势下，他们逆势而上，成为新的弄潮儿，着实不易，团队平均年龄31岁，朝气蓬勃、活力无限，对新事物保持敏感，对创新保持激情，与时俱进，紧盯世界前沿技术。
“省重”有5个研究方向，第5个就是核电智慧化学建设，其中许多方面具备国际领先水平。实验室主任侯涛认为，团队在领域内的前瞻性和创新性，是他们能够领先的重要原因。
“站在后天看明天，决定今天的选择”，这是侯涛很喜欢的一句话，也代表了团队对于前瞻和创新的思考。如果站在“今天”往前看，很容易茫然无措，因为每个方向都是“向前”；而如果能站在“后天”回望，那“后天”与“今天”视线交汇处的“明天”，便是当下应该发力的方向。
关键是找到“后天”的位置。侯涛二十年的工作实践，某种程度上，正是获取这种看到“后天”的视野。
三门核电“全省先进压水堆水化学技术和材料研究重点实验室”主任侯涛。
对于这个团队的核电人来说，大学四年的学习只是培训过程的一半，另一半是在工作中完成的，侯涛也不例外。2004年从大学毕业后进入三门核电，他工作的前六年一直在外培训，分别在核工业研究生部、秦山核电站等地培训实习，直到2010年才回到三门核电工作。
这些年核电系统设备的培训和电站的实习，为侯涛在核电领域的工作和思考打下了坚实的基础。而核电仅是核工业产业中的一个环节，其他版块的知识也引发了他浓厚的兴趣。2011年侯涛获得了去清华读书的机会，清华大学与中核集团共建了一个工程硕士联合培养班，在中核内部选拔。最终三门核电有5位员工被录取，侯涛是其中之一，他的统考成绩排在全国前0.03%。
在清华系统学习了核燃料循环闭环体系，同位素分离技术、核化工、离心机原理等课程后，他也打开了视野，更深度地理解了自己从事的核工业。这些核燃料与核技术的基础课程，为多年以后全省重点实验室的核工业系列稳定同位素新材料等的开发奠定了基础，“稳定同位素硼10与硼11的分离、锌64与锌65的分离，采用离心法还是化学工艺法的难度与经济性，是从那个时候开始有理论基础的”。
除了在学校的经历之外，不同工作岗位也给了侯涛不同的观察视角。2019年，他到核动力运行研究所挂职一年，与研究人员广泛深入地交流，以及在各地参加会议、活动的感悟，让他感触颇深：“我们原来是在一线工作，处理的是现场实际问题，没有站在更高维度思考的机会。在挂职期间与一个庞大的科学研究及信息化团队共事，我们的交流碰撞出了很多火花。”
在此之前，他对机器人了解不多，2019年，他参加了核工业机器人与智能装备协同创新联盟年会，“现场有一个智能机器人跟大家说话聊天，我当时很受启发。”机器人的发展速度超出了他的想象，也是从那时起，“把机器人应用到核电厂的工作场景中，减轻人的负担”，成了埋在他心里的一颗种子。
在核电领域，如何降低工作人员的辐射剂量，延长设备使用寿命，一直是这个团队核电人孜孜以求的梦想；在现代科技领域，人工智能浪潮不可阻挡，如何建设以机器人为代表的智慧化学体系，也必将是未来的趋势。
二、成长：跟跑并跑与领跑
AP1000是美国西屋公司设计的一种三代核电堆型，但第一个使用它的核电站，却并非来自美国或其他欧洲国家，而是中国的三门核电。我们从中也能看出三门核电的特点：国际化程度比较高，对行业内新技术的接受程度也较高。
三门核电的大部分中高层管理人员，都有海外对标或培训经历，侯涛本人也在美国、西班牙、奥地利等多地培训过，与EPRI（美国电力研究院）、IAEA（国际原子能机构）等专业组织保持紧密联系。“中国的核电事业经历了‘跟跑’‘并跑’到‘领跑’的阶段，跟跑时我们要知道方向在哪里，并跑时要知道向谁看齐，瞄准世界最先进的技术，这样才有可能最终领跑。”
对于侯涛和“省重”的同事来说，三门核电给他们早期的“跟跑”提供了很好的平台。 2013年，三门核电站1号机组核岛厂CV顶封头吊装顺利完成。AP1000代表着当时行业内最先进的技术 。欧美国家都在核电领域发展多年，而我国的核电发展目标一直是提高自主化能力，引进一套新技术，把它消化、吸收，进而造出自己的三代堆型才是我们的当务之急。因此，我国做出了引进AP1000的决策。
然而，“跟跑”也并非一帆风顺，也会遇到领跑者未曾遇到或模拟到的“路障”。比如原设计测算上的理论参数，在实践中也许并非最佳值，使用他们的数据运行设备，未必能达到最好的效果。
为此，侯涛的团队做了一个课题，通过台架试验和理论研究，发现原来的某项参数不在最佳的范围，“比如某项化学参数，他给我们提供的限值是一个范围，我们为了求稳，通常会调到这个范围的中间区域。但是我们经过基础研究和台架试验验证，发现调到另外一个值附近理论上才是最佳的效果”。实践是检验真理的唯一标准，经过实践的验证，与理论吻合，应用最佳值的机组首修集体剂量做到了全球最低。EPRI对此效果非常感兴趣，并伸来了橄榄枝。“我们通过基础理论研究和台架试验研究出的方法和技术做出了一个新的标准，达到更好的效果。”最终这项成果鉴定为国际领先水平。
侯涛与团队同事在工作。
此外，在蒸发器的腐蚀产物迁移与质量平衡评估方面，“省重”团队开发计算公式，将以前的定性研究升级为定量研究，在技术功能“能用”的基础上，研究如何将它们用到“最好”。为同行提供了更科学先进的方法，并发布了能源行业标准。
核电领域的国际交流，很讲究方式方法。一方面，固步自封是不可取的，开拓进取才有发展。侯涛近年去IAEA参会，欧洲专家很欢迎中国团队去做讲座，因为我们的一些新成果会让他们耳目一新。“IAEA有一个技术导则，上次我们去做完分享，组织者邀请我们做技术导则的编委之一，并且把我们的新技术方向也写上去。人家的尊重会让我们在国际上更有话语权。”
而另一方面，各国也会在交流中守住边界，核心技术都不会向彼此透露。中国核电人必须通过自主研发来破局。
在核电站的运行过程中，一回路承担着让反应堆冷却剂循环的作用。在一回路加入锌元素可以有效减少机组辐射剂量，而锌元素的载体——核级贫化醋酸锌，长期以来只有少数国家可以生产，中国的核电站只能依赖进口，而且使用受限。它的制备是一项关键技术，国际上的价格至少5.3万元/千克，而且卖方一再声称产能有限，准备继续涨价。
这项技术涉及化学、物理等交叉学科的知识，需要多家单位共同协作。侯涛的团队联合专业的科研院所来合作攻坚，解决关键的专用设备技改。最终在大家的共同努力下，“省重”联合体成功制备出了国产核级贫化醋酸锌，成果被鉴定为国际先进水平，使我国成为第三个掌握此项技术的国家。
而在核级贫化醋酸锌国产化后，其国际价格也被“省重”团队“打了下来”，价格一路走低到2.3万元/千克。按一台机组一年使用15千克计算，这项技术可使一台机组一年节省45万元，推广到全国的话，以我国在运核电机组55台计算，每年可以节省2000多万元。有了自主的产品，国内推广该技术更加有底气，为电站带来更低的剂量，其意义难以估量。类似的水化学新材料开发，在“省重”还有一批。
三、超越：站在巨人的肩膀上
“省重”的5个研究方向中有一个是智慧化学建设方向。根据工作场景，“省重”第一阶段首创了5种机器人2个机械臂——化学智能巡检机器人、放化样品转运机器人、样品分装机器人、pH测量机器人、液闪制样机器人、高纯锗自动进样机械臂、液闪操作机械臂，它们能有效地将人力从简单的重复性劳动或辐射性的工作中解放出来。
在侯涛的设想中，智慧化学分为四步走：
第一步是“有人操作”，这也是行业内普遍现状。
第二步是“自动化”，目的是解放人力。一方面，对一回路高放射性高频率取样分析的化学参数进行自动化取样与分析系统的开发，并分别自主研制自动分析不同参数的高精度放化精密仪器设备，打破国际垄断，发展新质生产力，替代人工操作、降低人员接受剂量；另一方面，一直以来，核电站的化学相关系统巡检都是由人完成的，有专人按一定频率对各项数据进行抄录、上传等。这一方面会耗费人力，另一方面，人工抄录理论上会有出错的概率。使用化学智能巡检机器人后，机器人可以定时定点启动巡检路线，也可以根据工作人员的需要临时启动巡检。巡检时会把所有参数抄录下来，自动报表，自动上传趋势。与正在开发的人工智能平台结合，还可以自动诊断异常原因。而另一种机器人——放化样品转运机器人则免去了工作人员穿、脱防护服进入核岛的繁琐，可以直接把样品送到放化实验室。这样一来，不仅把人员从简单重复性劳动中解放出来，还可以做到比人更准确、更可靠、更高效。
第三步是“无人化”，侯涛将其归纳为“黑灯实验室”。第一阶段：对于特定的部分样品，通过样品转运机器人，送至放化实验室，通过样品分装机器人、集成pH分析机器人、制样机器人、高纯锗自动进样机械臂、液闪自动进样机械臂等对样品及数据进行测试，实验，并分析实验结果，如有问题会自动报警。“因为全程都是机器在处理，没有人在里面做实验，所以就不用开灯了。”第二阶段，正在开发仿生机器人，在某个实验室将模拟替代更多人的操作，实现10-15种化学分析及操作，完全替代人工，实现更多的操作，并逐步推广至其余分析实验室。
第四步是“智能化”，目前“省重”基于大语言数据模型，正在测试一套人工智能诊断系统，它可以在上一步分析、报警的基础上，自动运用数据大模型来判断系统的问题在哪里，并提出解决方案。这套系统也是世界首个此类系统，正在紧锣密鼓地测试中，预计明年可以投入使用。
核电厂化学智能巡检机器人。
黑灯实验室与大语言数据模型结合后，进入黑灯实验室的第四阶段 ，仿生机器人通过自学习功能对化学科研实验进行计算模拟和推算预测，并通过试验验证。“实现这一步很难，但从无到有，一步一步走来，我们愿意成为‘第一个吃螃蟹的人’。站在后天看明天，决定今天的选择！”
侯涛介绍，目前在智慧化学的“自动化”方面，“省重”团队与美国同行处于“并跑”状态；在“无人化”“智能化”领域，即“黑灯实验室”、人工智能诊断系统等方面，都处于世界领先位置。
近三年，“省重”6项科技成果被鉴定为国际领先和国际先进，已授权21项发明专利，完成5项重大成果转化。
作为“省重”主任，侯涛本人的学习和早期工作经历与信息化、智能化关联并不大。他之所以能带领“省重”在智慧化学领域取得令人瞩目的成绩，在他看来，首先是三门核电的平台高，“站在巨人的肩膀上”，通过对标国际的培训，让他拥有了国际化视野，开拓了思路，接触到了国际前沿信息，才能想到去超越上限。而组织的挂职经历则直接启发了他创新的具体方法。此外，还有团队的内部和外部两个原因。
内部原因来自团队成员的努力。他本人利用业余时间自学了机器人基础知识，包括导航功能如何实现，机器人如何读取数据，红外检测如何应用等。“现在网络这么发达，这些知识学起来很方便。比如学习了机器人的图像识别，我就能搞懂怎么把化学指标转换成图像信号”。
另一方面，在组建“省重”团队时，侯涛就特意挑选了大学时同时修过化学和信息两类课程的复合型人才，由他们来执行机器人开发的任务。
而外部原因，则是我国近年来在机器人及人工智能领域的迅速发展，让“省重”得以获得成本相对低廉，功能相对完善的机器人，可供他们进行再开发。在侯涛看来，这是让他们得以“领跑”的决定性原因。
“我们没有能力去开发通用机器人，但在现成的机器人基础上，我们使用它60%～70%的功能，再改造开发30%～40%的功能，从而应用于化学场景，这是可以做到的。”
除了功能以外，成本也是需要考虑的因素。用机器人替代人做一部分工作，前提是替代成本要合理，如果成本太高就没有实用价值。侯涛举了一个例子，2019年他参加核工业机器人与智能装备协同创新联盟年会时，现场跟他们互动的那个机器人，租金要1万元/天。“当时看到机器人，就有把它应用在我们工作中的想法，但当时做不到，成本太高。”经过四五年的发展，今年他在餐厅吃饭时看到的来回奔跑送餐的机器人，只要七八百元一台了。
在国际场景下，中国科技进步的效应则更加明显。今年4月，团队负责人侯涛前往维也纳IAEA总部交流，介绍“省重”的智慧化学建设，现场演示化学智能巡检机器人。德国、法国的同行当场表示，这类机器人他们做不出来，工会不会同意。而美国同行在询问了造价以后苦笑着表示，“我们在技术上可以做到，造价也是你们这个数，但单位要从人民币换成美元”。这也意味着，如此高昂的成本将没有实用意义。
“中国的科技发展太快了，我们是站在巨人的肩膀上。”团队的工作人员感叹道。
目前，“省重”丝毫没有放慢前进的脚步，团队规划中另外有十几项工作也在同步推进，每天工作排得满满的，接受电话采访的时间安排在了周五晚上十点后，此时团队负责人侯涛刚乘机抵达另外的城市，准备上第二天的工程博士课程。
忙碌且充实，这不仅是 “省重”团队的节奏，也是整个三门核电的状态。未来，三门核电将坚持“科技支撑发展，创新引领未来”的发展目标，推进科技自立自强。通过科技创新，让“电厂更安全、运营更高效、维修更智能、业绩更卓越”，助推三门核电高质量发展。
三门核电将坚持“科技支撑发展，创新引领未来”的发展目标，推进科技自立自强。