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重水十年
发表时间：2011年07月28日 作者：袁权
我在中国科学院学习和工作了五十多年的时间了，目睹了科学院的发展和壮大。在我的回忆里，最让我难忘的，就是我在大连化学物理研究所从事重水研究工作的那段经历。
中科院大连化物所的重水研究工作，前后十年左右，可分成三个阶段。第一阶段大致从1958年至1961年，第二阶段从1963-64年。这段时期的工作简称为“5012”任务，所内的人是非常熟悉的。严格的说，应该称为501-2。因为承担任务的题目组的代号是501。第三阶段从1964-67年。即“5013”。当然，这两个阶段工作成果的推广还往后延续了若干年。不过，那些工作只牵涉到几个人，由所里承担的研究工作已告一个段落。
1958年末，在大跃进的高潮中，章元琦先生组织我们研究重水分离。重水是氘（氢的稳定同位素，原子量2.0141）和氧生成的水，一般不指氚（氢的放射性同位素。原子量3.0101）和氧生成的水。一个重水型裂变反应堆要用几十吨重水，氘又是核聚变的材料。在自然界的水体中，重水的含量只有七千分之一。同位素之间的分离是极为困难的。氢和氘的分离，可能是最容易分离的一对稳定同位素，但实际上也不容易。举例说，如果用天然水为原料蒸馏制备重水，将氘的含量浓缩至99.8%以上，蒸馏塔的塔板数要800至1,000左右，大型蒸馏塔群的总高度要几百米，从投料开始至得到产品要几年时间。那时，我国不能生产重水，市价7,000元/公斤。想想那时职工的月工资只有几十元,重水真的是很贵的。所以，对重水制备技术的急需是不言而喻的了。章元琦先生是化工分离专家，大连化物所的实验室精密蒸馏技术在国内又是首屈一指的，我们开展这项工作有着很好的条件。
重水的分离方法主要有两类。一类是基于精密蒸馏技术的方法，已经实用的如水蒸馏和液氢蒸馏。水蒸馏在前面已简要提过，后者是先将氢气液化后蒸馏，再将浓缩至99.8 D %的氘和氧燃烧制成重水，生产成本稍低一些。一类是基于同位素交换反应的方法。如氢-水、硫化氢-水之间的氘交换。前者是利用氘在气相氢和液相水之间的同位素交换反应平衡，使氘在水中初步得到浓集，接着再蒸馏水制成产品。后者是利用硫化氢和水之间同位素交换反应平衡随温度的变化，得到初步浓集了的重水。和氢-水交换不同，硫化氢-水双温交换法的原料是水，没有供应量的制约，并且生产成本低，是当时国际上认为最好的方法。
我们是从水的精密蒸馏起步的。经过几个月的实验室的工作，章元琦先生和北京大学张青莲院士的研究组及大连油脂化学厂建立了合作。用北京大学的氢-水交换技术和我们的蒸馏技术，1959年在大连油脂化学厂建设一个生产车间，即305车间。在它的建设和建成后运行期中，几方的合作是亲密无间的。除了张青莲院士、章元琦先生和油脂厂的钟厂长外，其他参加的人员都是工作不久的青年。如北京大学的黄春辉（2001年当选中国科学院院士）夫妇、闫立群，化物所的沈惠能、江成璋、杨宝山和我、后来都成了老朋友。我当时的身份是研究生，但大跃进时期就顾不了那么多了。这个车间虽然规模不大，距离满足需求还很远，但这是我国第一套重水生产装置，它的建成极大地鼓舞了为解决重水而努力的各个方面，包括了领导部门。它也是后来很多技术的试验场所，很多年中，在有关的会议上都谈到它。
1959年，我们开始了其他重水制备技术的尝试，主要的目标是硫化氢-水双温交换法。这项试验，要将20大气压下液体硫化氢当作介质在整套装置中循环，难度大，危险性大，对设备的要求高。现在看来，当时没有做这项工作的条件。20大气压下液体硫化氢和水混合后加热至130℃,必须用耐腐蚀的金属做设备。可是,我们费了九牛二虎之力, 最后还请出党委书记白介夫同志向有关部门呼吁和交涉,才得到了一根不锈钢管,50毫米直径两米长。这点东西根本不够,百分之九十以上的设备都用普通钢材。泄漏、故障、中毒等事故随时可能发生。然而，时代的精神是为祖国的发展奋不顾身，不会因此而退却。在一年多的时间里，我们反复冲刺，前进、失败、再前进，终于能取得一些实验数据。这些实验数据真是来之不易。房间里弥漫着的硫化氢，使大家失去了嗅觉和味觉。沈惠能同志的眼睛经常被熏的像红桃子一样。硫化氢的臭味从实验室所在地一直飘到二宿舍，使很多人身受其苦。一位复员兵王福江，在检漏的时候，就被硫化氢熏得昏过去。大家的干劲也来自领导的关心。有一天的黎明前，硫化氢冲破垫片并燃烧起来，二氧化硫呛得人无法喘气。我们刚处理完现场，党委副书记李玉慈就匆匆赶来了。他问完情况后，没有训我们，而是向大家说了很多鼓励和嘱咐的话。我想这是出自他对我们情况和处境的理解。遗憾的是，就在我们刚刚能取得一些实验数据的时候，挨饿的年代到了。所领导最后决定停下了这项研究，我们把设备、数据、经验都移交给了吉林某单位，1963年还派张兆兰、沈之烨到吉林参加了中型车间的试车工作。后来，他们干得不错。
这段时间中，还有一项对后来有重要影响的工作，就是着手研制多管式蒸馏塔。从设备的角度，水蒸馏的最大的问题是塔效率随直径增大而迅速降低，多管塔的设想是由一群小直径的管束来构成大型蒸馏塔，使塔的高度减小10倍。这项工作由张洪奎同志牵头，在二馆的219房间进行了实验，取得了很好的成绩。
这个阶段，是起步、打基础、探路、并初见成效的阶段。
1962年前后，所内的研究工作的格局有了很大变化。有的题目停了，有的开始了，开停都有理由。重水的工作基本上散了摊，很多人都安排了别的工作。如江成璋同志在做溶液热力学研究，我在研究气体燃烧。
1963年夏天，有一天党委书记白介夫同志把我叫去谈话，让我把手里的工作放下，再做重水的工作，重新组织队伍。意思是“现在形势变化，工作方向不要太多，要吸取教训。我们考虑可否从多管塔入手等等。” 我理解他说的形势变化是全国的局面要求科研更好的为国家发展服务。吸取教训是指要遵循客观规律，不要主观蛮干。‘我们’指的是所领导中管业务的几位。
我当然服从决定，也赞成这个决定。虽然“气相燃烧”的工作已经做了一年多，有了点头绪，发表了几篇论文，但是要说对国家能有什么实在的贡献，还很渺茫。况且对重水已有了感情。就具体的入手点来说，因为多管塔的水蒸馏是各种制重水流程中后半截共用的，是一个很好的选择。这就开始了“5012”的任务。
因为多管塔是一种新的塔型，工业界从来没有见过，所以“5012”的目标是建成一个有一定规模的，工业界不做太多修改就可翻版的塔，连续运行半年，制得合格的重水。我们面对主要的问题是：一是弄清多管塔的效率仍然比单管低一半的原因和解决办法，抽象一点说，即并行多系统的相互影响和控制的问题。二是大型塔的构建所遇到的化工和机械问题。当然还有物资、制造、协调等必然碰到的问题。我们的队伍是一支平均年龄25岁的队伍，沈惠能、梁炳春、赵菊香和我算是年龄大的，黄彬堃来所工作刚一年，邱德秋应届生、姜在全、林治银（应届高中生）、张恩浚、孟繁荣（下乡回城）。
这个期间所里各部门花了最大的努力给予支持，仪器厂迅速地完成了设备的设计制造和安装。我们之间建立了非常良好的关系。所里的锅炉房是用来烧暖气的，为了这项工作他们日夜不停地烧了半年。半年时间内没有停电，没有停水。不停是一秒钟都不停。是非常难能可贵的。这样，用了一年半的时间，顺利的完成了任务。这个任务结束的时候，科学院副院长、党组书记张劲夫同志前来主持鉴定，给了很高的评价和鼓励。后来，在西部的两家工厂中，采用了这种设备并有所放大。
“5012”中积累的知识和经验，不仅直接成为“5013”的工作基础，有的知识还对其他研究项目的问题的解决起了作用。如前述的并行系统的相互影响和控制，后来，燃料电池中解决气流的分配问题的也用的是同一思路和原则。今天正在进行的微化工系统的研究中也有同样的问题。
“5012”这个阶段，集中力量攻坚，取得了实实在在的成果。
虽然“5012”的任务完成了，但是它作为犭虫立制备重水的方法仍有很多问题。如何能从根本上解决我国重水的来源，在“5012”进行的时候，我们就不停地思索这个问题。在分析了各种含氢物质的氢-氘平衡数据后，结合其他因素，发现从液氨中提取重氢可能是一个好的办法。这个办法在文献上还没有人尝试过。我们写了一份报告给所领导。记得一共只有四页纸，包括了文字叙述和一些计算。在手动机械计算器的年代，这些计算是十分累人的。不到两个星期，所领导就批准我们开展这项工作。大致一年时间，我们就在所里完成了小型试验。在这期间，当时国家科委主任韩光同志到所里来检查工作，向他汇报以后，马上就决定用65万元钱进行中间试验，这就是我们大家所知道的“5013”。当时的物价比现在低，而且为我们试制五花八门的材料和设备的企业，都不收试制费，也没有招待、回扣，提成、疏通关系等支出，65万能办的事现在3,000万都不见得够。
中间试验的地点设在大连金州的亮甲店化肥厂。大连市科委为此从大连化工厂调来一位同志担任厂长，还为该厂增加了技术人员。我们的队伍也扩大了些，沈之烨、王洪道、邱德秋等几位也陆续参加进来。仪器厂在完成了设备的设计后，于衍卿同志更是一直和研究室共同工作到中试的完成，是中试现场的核心人物。中试期间，大部分人去了亮甲店，住在工厂的几间空房内。条件虽然不够好，可是气氛很好，工作热情很高。下面举两个例子。一个是争取时间，一个是排除险情。一天晚上临睡前，想到马上要用的泡沫塑料还在实验室，就告诉张恩浚同志让他回所取。我们预期第二天下午五点钟可以回来，想不到第二天不到10点他就背着一捆（500×500×1500）回来了。早班火车早晨6点58分到达大连，他必须坐上大连7点25分开车的火车才能这个时候回来。怎么在不到半小时里完成从火车站到实验室的来回呢？他是挤到车门口，第一个跳下火车，跑步到129街后门进所，拿了东西再跑回火车站，中间不吃饭（那时火车上也不供应食品）才做到的。聚沙成塔，集腋成裘，大大加速工作的进度。在我们已经开始试车的一个夜里，液氨贮槽的液位计突然碎裂,液氨大量涌出,现场白茫茫一片。氨气太浓，防护面具在几秒钟内就失效, 人体暴露在外潮湿的地方,如眼睛,嘴唇,腋下等，会剧烈的疼痛。雾团愈来愈大，如果点着了，就不堪设想。于衍卿同志说，他设计的设备，他最了解部件的部位。他憋足气、忍着剧痛冲入雾团、迅速关掉几个阀门，解决了问题。
在1966年的8月份，圆满地完成了中试任务，并且由国家科委组织召开了鉴定会。本来我们想开得隆重热闹一些，可惜当时正值文化大革命高潮，一方面人员比较难请，另一方面在会场的周围还在上演一些过激行为，即使到会的鉴定委员，有几位也要求提前回去，鉴定会只能匆匆结束，也给我们留下了一点小小的遗憾。鉴定会认为：“这项研究在重水生产上闯出了一条适合中国国情的道路，创造了一个重水生产新方法。”随后有关部门迅速地采用这项技术，在贵州建设有相当大生产能力的车间。即使在动乱的年代，我们仍然配合这个车间的设计和建设，并派人到现场艰难地做了很多工作。在随后的几年中，又先后扩建了4-5家。
这项技术得到各级领导的重视，不仅因为这是我国自己发明的方法，而且因为这项技术所使用的设备和材料都是我们国家可以自己生产的，并且价格比较便宜，生产成本很低，适应了国家当时的国情和发展的需要。我们一路把它推到工业化，在当时是必须的，今天也是应该提倡的。
“5013”阶段的成果，用今天的语言说，是有自主知识产权的成果 。
感谢此次中国科学院征文活动，使我在四十多年以后，可以稍稍突破当年保密的限制，将十年重水工作的情况，向大家作一介绍。与事实有出入的地方，请了解情况的同志予以更正。
1999年9月18日，中央召开两弹一星的表彰会。江泽民主席向23位科学家颁发了金质奖章（500克重）。台下坐了四百多名代表，代表着几十万甚至几百万为此而奋斗过的人们。其中，包括了本文中提到的以及无法一一列举姓名的人们。
作者单位：中国科学院大连化学物理研究所，中国科学院院士
http://www.cas.cn/zhengwen/jsgj/201107/t20110727_80790.shtml |
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发表于 2013-3-31 01:12:33
楼主
发表于 2013-3-31 13:13:55
