編者按

　　趙文金
，中國核動力研究設計院鋯合金材料研發項目總設計師
，1986年開始接觸鋯合金的基礎研究工作，從確定合金配方到反複試驗印證性能
，再到工程化批量生產……他率領團隊用了近40年時間研製出擁有自主知識產權、性能位居國際前列的N36鋯合金包殼管，解決了“華龍一號”的“中國芯”——CF3燃料組件中最重要的材料難題。這種直徑9.5毫米、管壁厚度不到1毫米、長近4米的鋯合金包殼管是核電站安全的第一道屏障，而該技術目前隻被世界上少數幾個國家所掌握。

　　曉林

　　1979年3月28日
，在美國三裏島發生了世界上首次核電站堆芯熔化重大輻射泄漏事故，導致周圍20萬人緊急疏散……自此
，科學家們潛心研究優化核電站每一個細小環節

，不斷強化核安全，提高核電站綜合性能。

　　那時，趙文金剛從清華大學畢業分配到中國核動力研究設計院（下稱核動力院）工作不久。幾十年過去了

，社會上對“核”的關注點在原子彈、氫彈、核潛艇、反應堆、加速器
、核航母
、核汙染等之間不停切換，趙文金的目光卻一直盯在核燃料（氧化鈾）元件的包殼上，與此結下了不解之緣。

　　我有一個“兒子”叫鋯合金

　　“趙老師好，我聽說您隻有一個獨生女兒叫趙妍丹
，您老伴魏醫生卻說您還有個‘兒子’，女兒還說您重‘兒子’輕女兒？”一見到趙文金，我就像追星的狗仔，提了個很八卦的問題。

　　“嗬嗬。”年近七十的趙文金有點不好意思
，用“椒鹽普通話”（指四川普通話）說，“她們是不是覺得我一天東奔西跑，隻顧鋯合金，冷落了她們母女？這是拿我開涮的。”

　　“鋯合金？”我沒聽懂。

　　“就是核燃料元件用的包殼材料。”他見我滿臉迷茫，就像一個小學老師一樣細說起來，“看來得從頭給你說起

，鋯是化學元素周期表中的第40號元素，元素符號Zr(Zirconium)
，很多人都不曉得鋯是啥子，但又常用到它。現在人們漂亮又管用的烤瓷牙、陶瓷刀具
、陶tao瓷ci電dian子zi元yuan件jian等deng就jiu是shi用yong氧yang化hua鋯gao做zuo的de
，女nv生sheng戴dai的de五wu顏yan六liu色se的de手shou飾shi
，很hen多duo就jiu是shi用yong天tian然ran鋯gao石shi製zhi作zuo的de。天tian然ran鋯gao石shi是shi鋯gao的de矽gui酸suan鹽yan晶jing體ti，無wu色se透tou明ming的de較jiao多duo
，也ye有you呈cheng現xian紅hong褐he、綠
、藍等不同顏色的，經珠寶工匠精心切割
、打磨後放射出璀璨光彩

，媲美鑽石。而單質鋯卻是稀有金屬，是1789年由德國人M·H·Klaproth（克拉普羅特）在對鋯石進行研究時發現的

，到1824年瑞典的J·J·Berzelius（貝采裏烏斯）首先用金屬鈉還原鋯氟酸鉀才得到不純的鋯，後經過科學家們多年的不懈努力，到上世紀中葉，才有了可用的金屬鋯。

　　“像啥樣子
？”我有點好奇。

　　“單(dan)質(zhi)鋯(gao)呈(cheng)淺(qian)灰(hui)色(se)

，表(biao)麵(mian)易(yi)形(xing)成(cheng)一(yi)層(ceng)氧(yang)化(hua)膜(mo)，具(ju)有(you)光(guang)澤(ze)，看(kan)起(qi)來(lai)有(you)點(dian)像(xiang)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)。它(ta)是(shi)一(yi)種(zhong)高(gao)熔(rong)點(dian)金(jin)屬(shu)，可(ke)塑(su)性(xing)好(hao)，還(hai)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)
，是(shi)骨(gu)科(ke)手(shou)術(shu)常(chang)用(yong)的(de)好(hao)材(cai)料(liao)。在(zai)煉(lian)鋼(gang)時(shi)隻(zhi)要(yao)加(jia)入(ru)千(qian)分(fen)之(zhi)一(yi)的(de)鋯(gao)，就(jiu)會(hui)使(shi)硬(ying)度(du)和(he)強(qiang)度(du)得(de)到(dao)驚(jing)人(ren)的(de)提(ti)高(gao)。含(han)鋯(gao)的(de)裝(zhuang)甲(jia)鋼(gang)、大炮鍛件鋼
、不鏽鋼和耐熱鋼等是造裝甲車


、坦克
、大炮和防彈板等的好東西。”

　　“那就用它做核燃料包殼？”我問道。

　　“不(bu)是(shi)，包(bao)殼(ke)是(shi)裝(zhuang)載(zai)核(he)燃(ran)料(liao)芯(xin)體(ti)的(de)密(mi)封(feng)外(wai)殼(ke)，其(qi)作(zuo)用(yong)一(yi)是(shi)防(fang)止(zhi)裂(lie)變(bian)產(chan)物(wu)泄(xie)漏(lou)

，二(er)是(shi)避(bi)免(mian)燃(ran)料(liao)受(shou)到(dao)冷(leng)卻(que)劑(ji)腐(fu)蝕(shi)
，三(san)是(shi)高(gao)效(xiao)地(di)導(dao)出(chu)燃(ran)料(liao)裂(lie)變(bian)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)能(neng)。包(bao)殼(ke)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能(neng)和(he)品(pin)質(zhi)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)核(he)燃(ran)料(liao)元(yuan)件(jian)的(de)質(zhi)量(liang)和(he)安(an)全(quan)
，若(ruo)包(bao)殼(ke)破(po)損(sun)或(huo)熔(rong)化(hua)，就(jiu)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)核(he)燃(ran)料(liao)泄(xie)漏(lou)和(he)輻(fu)射(she)汙(wu)染(ran)擴(kuo)散(san)。因(yin)此(ci)
，它(ta)是(shi)核(he)反(fan)應(ying)堆(dui)的(de)‘第一道安全屏障’，是燃料組件的‘骨骼’和‘皮膚’
，是反應堆最為重要的結構材料。最初，人們是用鋁合金、不鏽鋼等做核燃料包殼，但效果不理想。科學家希望找到一種中子吸收少、強度高、耐高溫、耐輻射
、壽命長、能提高反應堆安全性能、能延長運行周期
、能提高經濟價值的新包殼材料。之所以選中鋯，最關鍵的是鋯原子不易吸收中子
，與核燃料有良好的相容性

，被喻為‘原子時代第一金屬’。實際上，做包殼用的不是純鋯
，而是鋯合金，就是在鋯中添加了很少的其他金屬。”見我皺著眉，他又進一步解釋道，“geinidagebifangba
，douxiaodechengdoujieshangdedandanmianshimianfenzuode，danmianfenyuhaochidedandanmianhaiyoushiwanbaqianlijuli
，mianfenxuyaozuochengmiantiao
，xuyaojiashangduozhongfuliaohetiaoweipin
，haideyouchuju，jinghaochushijingxinpengtiaohou，cainengdedaoyiwankekoudedandanmian，shiba？”

　　他見我點頭，接著說：“就jiu像xiang我wo做zuo不bu出chu一yi碗wan正zheng宗zong味wei美mei的de擔dan擔dan麵mian一yi樣yang，我wo國guo以yi前qian也ye做zuo不bu出chu優you質zhi的de鋯gao合he金jin，必bi須xu依yi靠kao進jin口kou。幾ji十shi年nian來lai，我wo們men一yi直zhi在zai研yan究jiu鋯gao合he金jin，現xian在zai終zhong於yu有you了le屬shu於yu自zi己ji的de品pin牌pai產chan品pin
，並bing把ba它ta做zuo成cheng了le合he格ge的de核he燃ran料liao包bao殼ke，用yong在zai我wo們men第di三san代dai核he電dian站zhan——‘華龍一號’的反應堆上了。魏醫生她們說的‘兒子’就是鋯合金。一路走來
，我確實欠了她們母女好多，她們吃醋了。”

　　“真有意思。”我忍不住笑了。

　　聽他念了這一大通“育兒經”，我不禁聯想到被譽為“中國核潛艇之父”的彭士祿院士在自述中說他一生最大的遺憾就是“夫人”太多，第一位是核動力
，第二位是煙酒茶，第三位是小瑪莎（妻子馬淑英）。小瑪莎不甘心當第三，為了家庭和睦，彭院士隻好把她升為第二，才算平息……

　　好想試一下自己做鋯合金

　　1977年，23歲的趙文金參加工作時，我國第一代核潛艇已經下水。1979年
，美國的三裏島核電站泄漏事故令國內外對核電持謹慎態度，核動力院的工作變得“清閑”起來。1986年，前蘇聯切爾諾貝利核電站發生爆炸事故，更是給搞核動力的人澆了一大盆冰水
，核能產業仿佛進入了寒冬……而社會上的經濟改革和經濟特區建設已熱火朝天，一些學生竟“三不要”（不要戶口、工作組織關係和檔案）就跑出山溝，奔向大城市，奔向沿海。筆者也是其中之一。

　　作為那個年代的共同經曆者，我忍不住問趙文金：“那時
，你想沒想過離開山溝？”

　　“說從沒想過，那是假的。”他的臉上隱隱泛起淺淺的紅暈，回答道
，“但dan小xiao時shi候hou常chang聽ting父fu親qin說shuo，咱zan家jia祖zu祖zu輩bei輩bei都dou是shi農nong民min，耕geng讀du傳chuan家jia，種zhong地di為wei本ben。他ta說shuo農nong民min不bu種zhong地di還hai叫jiao農nong民min嗎ma？我wo是shi清qing華hua反fan應ying堆dui材cai料liao專zhuan業ye的de，你ni說shuo我wo不bu在zai這zhe裏li搞gao堆dui材cai料liao
，到dao別bie處chu去qu做zuo啥sha子zi
？”這話說得我臉發燒了。

　　他好像沒注意到我的窘態，接著說：“那時
，需用的鋯合金之類的關鍵核材料，不但要花大把的外彙進口
，還要求著人家，看人家的臉色，還可能隨時被外國人‘卡脖子’……不能總是過討米下鍋的日子呀，我們心裏著急，內疚得很。”

　　“好想試一下
，自己做鋯合金！”在核燃料元件及材料專家周邦新（1995年當選為中國工程院院士）等老專家的帶領下，趙文金他們從仿製國外當時有的鋯合金（鋯-2、鋯-4）做起
，白天在實驗室燒起小坩堝做實驗，鑽進電子顯微鏡下的核材料微觀世界裏觀察、思索；晚上在家整理分析實驗數據，研究國內外各種技術資料。

　　在“七五”期間，這事尚未列為重點研究課題，也沒人關注和看好
，他們在經費籌備
、科技人員組織、設備設施配置

、橫向協作配合等方麵碰到諸多難題。特別是國外對相關核心技術的嚴格封鎖，使他們的工作難度再加碼。

　　馬克思有一句名言：“在科學的道路上沒有平坦的路可走
，隻有不畏艱辛，沿著陡峭山路勇於攀登的人，才有希望達到光輝的頂點。”他們開展了不同比例配方和不同冶煉時間、溫場
、電場、磁場條件下的係列試驗，對得到的試驗樣品的感觀指標、理化指標進行仔細分析研究……功夫不負有心人
，小小的坩堝既熬煉出了紐扣樣大小的鋯合金豆粒

，也熬煉出鋯合金般堅毅的人。正是因為他們在工作中取得實績
，在“八五”期間
，“高性能鋯合金應用研究”新材料項目終於定了下來。

　　又是數個春秋的熬煉
，他們成功試製出了改進型的鋯-4hejin
，gengzhongyaodeshiduanlianpeiyangchulezijideyanfarencaiduiwu。zhaowenjinyechengchangweigaohejinlingyudexingjialishou，bingguangrongdijiarulezhongguogongchandang。yidingyaogaochuzhenzhengshuyuzhongguodegaohejin！周邦新帶領他們從眾多鋯合金體係中選出了40多種成分配方，並逐一進行分析篩選

、熔煉和測試，苦戰1000多個日夜，篩選出25種候選合金，並從中確定了兩種新型鋯合金。

　　進入“九五”shiqi
，zhoubangxintiaolihedongliyuan，zhaowenjinkangqilezizhupinpaigaohejinyanfadeqizhi，dailingyibangnianqingren，genjubutongxuyaoduidinihegaonilianggexinxinggaohejinzhankailechengfen、性能
、組織、工藝等成體係的研發工作。一個個技術難題被接連攻克，大量工藝參數
、性能數據被試驗出來
，並在核動力院各部門的支持配合下獲得了一些堆內性能試驗數據。在“十五”期間，鋯合金的試製規模從“紐扣錠”、3公斤、7公斤
，一直做到了36公斤級，成功實現了中等試製規模生產。

　　《中國冶金報》（2022年06月15日 03版三版）