記者 邊雪

科技強(qiáng)國(guó)之目標(biāo)，時(shí)刻激勵(lì)著在川的科技工作者。 2024年9月，四川省科技大會(huì)在成都召開(kāi)，對(duì)2023年度四川省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)哌M(jìn)行了表彰。在獲獎(jiǎng)?wù)咧?，中?guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院基礎(chǔ)研究部主任柴曉明，因聚焦新質(zhì)新域需求開(kāi)展應(yīng)用基礎(chǔ)研究和核能技術(shù)研發(fā)，榮獲四川省杰出青年科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)。

“我在答辯時(shí)向各位專家匯報(bào)了我本人這些年來(lái)在核動(dòng)力院做的工作，各位專家也非常認(rèn)可我們行業(yè)的重要性，認(rèn)可我的工作，所以我非常榮幸能夠獲得這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)?！辈駮悦髟诮邮苡浾邔ＴL時(shí)表示，四川科技創(chuàng)新迎來(lái)發(fā)展黃金期，對(duì)青年科技工作者來(lái)說(shuō)，一定要把握機(jī)遇，把基礎(chǔ)創(chuàng)新研究做扎實(shí)。

獲獎(jiǎng)?wù)咧袊?guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院基礎(chǔ)研究部主任柴曉明（記者 邊雪 拍攝）

“硬磕”核電軟件自主化

核電軟件是整個(gè)核電站運(yùn)行、維護(hù)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，對(duì)于核電站運(yùn)行安全意義重大。

2015年12月17日，我國(guó)首套自主核電軟件包和一體化軟件集成平臺(tái)（NESTOR）正式發(fā)布，在結(jié)束“核電大國(guó)沒(méi)有核電自主化軟件”歷史的同時(shí)，也標(biāo)志著我國(guó)已具備成套核電技術(shù)獨(dú)立出口的能力，與美、法等核電強(qiáng)國(guó)并駕齊驅(qū)，躋身世界第一陣營(yíng)。

而傲人成績(jī)中，柴曉明所在的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，艱苦拼搏數(shù)年，作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

“我們國(guó)家核電自主化，經(jīng)歷了從硬件自主化、全系統(tǒng)到設(shè)計(jì)自主化、軟件自主化的過(guò)程。”柴曉明的工作，聚焦于做核電領(lǐng)域的自主研發(fā)軟件，而他所負(fù)責(zé)的，是軟件自主化中的核心的部分，即發(fā)生核反應(yīng)的中子裂變反應(yīng)的過(guò)程模擬軟件。

中子學(xué)計(jì)算軟件和核裂變模擬軟件體系是理論聚集程度最高的一個(gè)軟件體系，幾乎所有的模型算法都是來(lái)自理論。“我們是要從一個(gè)偏微方程出發(fā)，然后一步步推導(dǎo)公式，把所有過(guò)程模擬出來(lái)，所以這是理論體系最完備，也是理論難度最高的軟件體系。”柴曉明說(shuō)。

據(jù)柴曉明介紹，20世紀(jì)八九十年代，我國(guó)老一輩科學(xué)家就已經(jīng)自主研發(fā)過(guò)相關(guān)軟件，受限于計(jì)算能力，模型相對(duì)粗糙。后來(lái)我國(guó)大亞灣核電站引進(jìn)法國(guó)技術(shù)以后，整個(gè)國(guó)內(nèi)的核電主流設(shè)計(jì)軟件都以法國(guó)的軟件為主。

搞軟件自主化到底要選什么路線？是基于國(guó)外成熟的路線上修修改改，還是基于現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)前沿重新集成一個(gè)新的軟件？這是當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)遇到的最大困難。

“那時(shí)候我剛畢業(yè)，還是覺(jué)得要做就做最先進(jìn)的。當(dāng)時(shí)還是做了很長(zhǎng)時(shí)間的思想斗爭(zhēng)，跟各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)溝通，最終還是選了一條相對(duì)比較艱難的路，就是完全自研，重新從零起步，結(jié)合最新的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)模型做一個(gè)新軟件?！辈駮悦髡f(shuō)，橫在團(tuán)隊(duì)面前的困難，還有模型的選擇，“國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)上研究的先進(jìn)模型那么多，到底要什么樣的模型？我們做了大量的調(diào)研和分析，不能只圖模型先進(jìn)，還要圖工程實(shí)用，所以當(dāng)時(shí)花了一年多進(jìn)行了大量充分調(diào)研，分析到底采用哪條技術(shù)路線。”

柴曉明告訴記者，當(dāng)時(shí)，帶著團(tuán)隊(duì)幾個(gè)人一起干的時(shí)候，心里有很大壓力。但經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)一起努力，還是把這塊硬骨頭啃下來(lái)了，軟件應(yīng)用效果不錯(cuò)。

“相較于國(guó)外，我們軟件的計(jì)算精度更高，應(yīng)用覆蓋面更廣，兼容性很強(qiáng)，可以更高效地滿足后續(xù)新的設(shè)計(jì)需求，不需要再次大幅修改。”柴曉明直言：“現(xiàn)在，它已經(jīng)是一個(gè)很成熟的工業(yè)化軟件產(chǎn)品了，也得到了推廣使用?！?/p>

為“華龍一號(hào)”重大工程服務(wù)

NESTOR應(yīng)用。（受訪者供圖）

NESTOR軟件包近百余個(gè)，獲得軟件著作權(quán)64項(xiàng)，專利已受理17項(xiàng)，已授權(quán)5項(xiàng)，源代碼280萬(wàn)行。已發(fā)布的68個(gè)軟件，成功應(yīng)用于華龍一號(hào)的研發(fā)和工程設(shè)計(jì)，如：177堆芯、能動(dòng)加非能動(dòng)的安全系統(tǒng)、CF燃料組件、ZH-65型蒸發(fā)器等自主設(shè)備的性能分析和施工設(shè)計(jì)，具備了向海外成套技術(shù)轉(zhuǎn)讓的能力。

高的理論要求，對(duì)研發(fā)人員也有高標(biāo)準(zhǔn)的限制。首先要有深厚的理論功底，這對(duì)整個(gè)裂變的物理過(guò)程要清晰，同時(shí)要對(duì)物理過(guò)程背后的數(shù)學(xué)方程要清晰，還要能把數(shù)字方程轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能求解的編程語(yǔ)言。柴曉明解釋道：“也就是既要懂物理，又要懂?dāng)?shù)學(xué)，還要懂計(jì)算機(jī)，需要一個(gè)小而精的團(tuán)隊(duì)?！?/p>

據(jù)柴曉明介紹，做中子學(xué)軟件的時(shí)候也并未專門瞄準(zhǔn)“華龍一號(hào)”做。“后來(lái) ‘華龍一號(hào)’提出要使用更先進(jìn)的自主化中子學(xué)軟件，于是我們就從以科研為主的一個(gè)發(fā)展路徑，轉(zhuǎn)移到為國(guó)家重大項(xiàng)目服務(wù)路線上，為‘華龍一號(hào)’服務(wù)。”

核電堆芯的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)，需要考慮很多東西：怎么裝核燃料？還有幾萬(wàn)個(gè)燃料棒怎么裝？ “工程師先憑經(jīng)驗(yàn)把數(shù)據(jù)放進(jìn)我們的軟件來(lái)模擬，看結(jié)果是不是符合預(yù)期，然后工程師根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)方案反復(fù)迭代直至可行，最后才能真正地去制造安裝?！辈駮悦鹘忉尩?。

作為成套的核電軟件產(chǎn)品，NESTOR工業(yè)軟件包很大，全自主研發(fā)的部分也很多。“比如，我負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的中子學(xué)計(jì)算軟件和描述整個(gè)核裂變的過(guò)程的模擬軟件，也就是整個(gè)軟件包最核心的部分之一。”柴曉明介紹道，還有一些其他同事負(fù)責(zé)研發(fā)的軟件，比如說(shuō)核燃料特性軟件、流動(dòng)傳熱軟件等，所有的這些成果共同組成了“華龍一號(hào)”的自主軟件包。

大模型算法在核電領(lǐng)域還大有可為

中國(guó)核電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展，雖然需要大量核電設(shè)備，但更需要的是核電及設(shè)備制造技術(shù)。在柴曉明看來(lái)，軟件開(kāi)發(fā)或者數(shù)字化方面，中國(guó)核電也有新的研究方向。

“以前重點(diǎn)關(guān)注的是如何研發(fā)設(shè)計(jì)先進(jìn)核電機(jī)組，但是核電機(jī)組建設(shè)多了且運(yùn)行要求越來(lái)越高了，要求在更微觀的部分挖掘運(yùn)行余量，提高其經(jīng)濟(jì)性與運(yùn)行效率?！辈駮悦鹘忉尩?，第二個(gè)就是為新型反應(yīng)堆服務(wù)，比如第四代即下一代核能利用的一些新的反應(yīng)堆，還需要對(duì)其進(jìn)行模擬軟件開(kāi)發(fā)。

對(duì)于致力于核工業(yè)或相關(guān)領(lǐng)域的年輕人，柴曉明希望他們能夠繼續(xù)關(guān)注核能這個(gè)戰(zhàn)略性方向，將自己的成長(zhǎng)與國(guó)家的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。同時(shí)，也要保持思路活躍和獨(dú)立思考的能力，在面對(duì)科研挑戰(zhàn)時(shí)能夠看清客觀的物理過(guò)程和底層邏輯，作出創(chuàng)新的判斷和決策，不能人云亦云。

談及爆火的大模型算法，柴曉明反而表現(xiàn)得十分冷靜?！拔艺J(rèn)為每個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都有它的邏輯，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，積極主動(dòng)去使用它，但一定要思考大模型應(yīng)用在不同產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)是什么，要找準(zhǔn)它的優(yōu)勢(shì)來(lái)做。”柴曉明告訴記者，若聚焦核能，現(xiàn)在整個(gè)核電廠的運(yùn)行都在推進(jìn)智能化、智慧化，大模型算法在核動(dòng)力領(lǐng)域大有可為。