砥礪前行鋪就中國自主核能軟件璀璨之路

①吳宜燦研究員與團隊成員在討論技術難點

②③ITER 模型及建筑物核輻射劑量分布

核工業是高科技戰略產業，是國家安全重要基石。要堅持安全發展、創新發展，堅持和平利用核能，全面提升核工業的核心競爭力，續寫我國核工業新的輝煌篇章。

——2015年1月，習近平就我國核工業創建60周年作出重要指示。

核能有效利用是當今社會關注的重大問題，各國科學家都在為之拼搏。中子被稱作核能系統的“靈魂”，中子學理論與軟件是核能系統研發設計的源頭和核心，沒有它就談不上核能利用。在中國科學院核能安全技術研究所，吳宜燦研究員帶領一群年輕人靠自力更生、合作創新，攀上了這座技術高峰。

1996年，提出研發中國自主化中子學核能軟件的設想；

2003年，依托研發軟件承擔國際熱核聚變實驗堆（ITER）中國首個合作項目；

2005年，成為國際上被ITER組織認可的中子學建模軟件；

2010年，獲中國核能行業協會科學技術獎一等獎、國家能源科技進步獎一等獎；

2016年，軟件用戶覆蓋58個國家，并在全球聚變、裂變等領域30多個大科學工程中獲得規模化應用；

……

奇跡，這就是一個個奇跡。這是中科院核能安全技術研究所超級蒙特卡羅核計算仿真軟件系統（SuperMC）團隊—— 一群平均年齡不到30歲的年輕人的智慧與汗水的結晶。從僅有兩三人的小課題組發展為五十余人的研發團隊，這群中國核能的追夢人，堅持執著、開拓創新，在多年的埋頭苦干中創造了一個個“神話”，鋪就了中國自主化核能軟件的璀璨之路。

令人揪心的“核電瓶頸”

1999年，美國國會發布《考克斯報告》，攻擊中國“竊取”美國中子學軟件MCNP等。此后，他們在這一軟件上一直對我國實行“封鎖”，導致中國數萬用戶無法合法使用，利用該軟件從事的商用行為也被追責。自主核能軟件的缺乏，嚴重制約了我國核電行業的長期發展。

當時，年僅32歲，正在歐洲大型研究中心—德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）做訪問學者的吳宜燦，經過多年在核能領域的研究以及對國際核能發展形勢的思考，敏銳地意識到我國發展先進中子學理論的戰略意義和自主化軟件的必要性，毅然決然地放棄了在國外的豐厚待遇，回國投身于核反應堆中子學理論研究與軟件研發中來。

10年后，發展初期同中國一樣以“引進、消化、吸收”國外核電技術為主的韓國，在阿聯酋400億美元核電大單中競標勝出，這深深刺痛了中國核能人士的神經。中國大型商用核電設計軟件主要來自法國等國外的核電公司，據說外方反對中國人利用他們的軟件參與競標“賺錢”，缺乏自主知識產權核電軟件是核電無法參與國際市場競爭的重要原因之一。作為中國核電走出國門、長遠發展的瓶頸之一，軟件自主化迫在眉睫。國內各大核電集團紛紛投入大量人力財力進行研發工作。而此時，吳宜燦研究員帶領的團隊為這一事業已默默耕耘了十年。

澆不滅的是執著的信念

團隊創立初期，面臨兩大難題。

一是科研經費不足，當時這一研究領域方興未艾，國內對核能軟件研究的支持極為有限，不得不“自籌經費、先期投入”，因而處處顯得“囊中羞澀”。軟件開發對電腦性能要求較高，當時添加一條64兆內存條要兩三千元，可就這點錢，團隊也非常為難。但是，為了核能軟件自主事業，大家一方面盡量節約，少花錢，辦好事；另一方面多方挖掘潛力，“東拼西湊”，盡力滿足科研要求。在最困難的階段，負責人吳宜燦研究員一近月底就犯愁，大家的績效發不出來，不得不“借錢”度日。然而，即便“窘迫”至此，團隊的“核能軟件夢”始終沒有動搖。

二是人少經驗不足，成員大都是正在攻讀學位的研究生和剛畢業的年輕職工，缺乏對中子學理論研究與程序研發的積累和經驗，當時課題組中比較熟悉專業的只有吳宜燦一人。而國際上早期的中子學軟件，如美國的MCNP已經有40余年的發展，積累了大量經驗，也構建了許多技術壁壘。研發經驗不足和關鍵技術資料缺乏，成為了橫亙在團隊面前的另一道難題。然而，團隊成員沒有退縮，在對公開資料進行消化、吸收的基礎上持續進行技術攻堅創新。大家在干中學，在學中干。在最初的一段時間，艱難的攻關和緩慢的進展一度成了籠罩在每個成員頭上的陰霾。但，誰都沒有動搖前進的信心和步伐。

“當你感覺堅持不下去時，其實咬咬牙就挺過去了。”這是吳宜燦經常掛在嘴邊的一句話。這句話是為了激勵初出茅廬的年輕人，更是他以身作則的真情流露。在團隊發展陷入窘境時，他曾身兼數職，既是為技術路線保駕護航的舵手，更是前進道路上的精神導師。他在不斷實踐中逐步凝練出“不畏艱難、義無反顧、不斷追求、提升自我”的“鳳凰精神”，鼓勵大家迎難而上，在蟄伏中摸索前行。“盡管物質條件上很艱苦，但在精神層面，大家一起奮斗就是一種幸福。”為了趕進度，攻難關，工作到深夜，節假日不休息，已成為家常便飯。

鳳凰涅槃，引領理論發展

通過對領域的深入剖析，團隊成員們對其中的重點內容和核心問題有了比較深刻的認識，并制定了“集中優勢力量逐個擊破”的發展戰略和相應具體措施，大家緊緊圍繞領域瓶頸問題，集中力量優先發展了中子學建模方法。而在之后的研發過程中，又憑借積累的知識和經驗，原創性地發展了適應于新型核能系統的一體化中子輸運理論方法，并在此理論成果的基礎上，進一步研發出了高精度中子輸運計算“引擎”及智能化的后處理程序，使得團隊工作實現了跨越式創新。

汗水澆灌成功花，辛勤付出結碩果。經過團隊成員多年的持續努力和攻堅克難，實現了多個“首創”，引領了中子輸運領域的發展。傳統的簡化規則建模和復雜系統過程孤立的中子輸運理論在復雜的新型核能系統中已不再適用。針對這一問題，項目組通過研究發現了系統內非規則分布對寬能譜、強各向異性中子輸運的影響規律，進而發展了一體化多過程直接耦合的新型中子輸運理論方法。這項創新使得大空間、全過程三維精準核輻射安全設計與評價成為了現實。創新成果促使團隊成員在國際學術會議擔任主席或聯合主席10余次，受邀作主題報告40余次。團隊發表的學術論文中，有5篇入選國際基本科學指標數據庫（ESI）十年全球Top1%“高被引論文”榜。

2015年11月，以三位領域內院士為組長的成果鑒定專家組，評價團隊取得的成果“SuperMC總體達到國際先進水平。其中，復雜結構問題精準模擬計算能力及速度、用戶友好性，達到國際領先水平”。國際熱核聚變實驗堆（ITER）中子學首席技術官、國際該領域知名專家Michael Loughlin博士評價團隊的工作“代表了近年來中子學領域進展的主要貢獻”，并將團隊譽為“國際中子學領域的引領性團隊”。

“中國智造”SuperMC應用于

世界核能大工程

2005年，全球規模最大的能源科技合作項目“國際熱核實驗堆”ITER組織將團隊研發的軟件選為基準軟件，并將它廣泛應用于ITER核安全設計分析中，發現了ITER超導核熱沉積和輻射生物屏蔽等核輻射安全設計缺陷，被ITER科技委員會列為“重要中子學問題”，多次評選為 ITER亮點成績。相關成果被ITER官方報告及出版物引用1800余次。此外，團隊還受托作為主力建立ITER中子學標準模型。ITER國際組織明確要求：所有使用者發表相關出版物都必須書面致謝中國該項目組。

同時，SuperMC成功應用于“華龍一號”（中國首個自主三代商用核電堆型）的核設計與安全評價中，為解決“華龍一號”核能軟件自主化作出了貢獻。