記者 邊雪
科技強(qiáng)國之目標(biāo)，時刻激勵著在川的科技工作者。 2024年9月，四川省科技大會在成都召開，對2023年度四川省科學(xué)技術(shù)獎獲獎?wù)哌M(jìn)行了表彰。在獲獎?wù)咧校袊藙恿ρ芯吭O(shè)計院基礎(chǔ)研究部主任柴曉明，因聚焦新質(zhì)新域需求開展應(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。
“我在答辯時向各位專家匯報了我本人這些年來在核動力院做的工作，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獎項。”柴曉明在接受記者專訪時表示，四川科技創(chuàng)新迎來發(fā)展黃金期，對青年科技工作者來說，一定要把握機(jī)遇，把基礎(chǔ)創(chuàng)新研究做扎實(shí)。
獲獎?wù)咧袊藙恿ρ芯吭O(shè)計院基礎(chǔ)研究部主任柴曉明（記者 邊雪 拍攝）
“硬磕”核電軟件自主化
核電軟件是整個核電站運(yùn)行、維護(hù)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，對于核電站運(yùn)行安全意義重大。
2015年12月17日，我國首套自主核電軟件包和一體化軟件集成平臺（NESTOR）正式發(fā)布，在結(jié)束“核電大國沒有核電自主化軟件”歷史的同時，也標(biāo)志著我國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)國并駕齊驅(qū)，躋身世界第一陣營。
而傲人成績中，柴曉明所在的研發(fā)團(tuán)隊，艱苦拼搏數(shù)年，作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
“我們國家核電自主化，經(jīng)歷了從硬件自主化、全系統(tǒng)到設(shè)計自主化、軟件自主化的過程。”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)的過程模擬軟件。
中子學(xué)計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軟件體系，幾乎所有的模型算法都是來自理論。“我們是要從一個偏微方程出發(fā)，然后一步步推導(dǎo)公式，把所有過程模擬出來，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。
據(jù)柴曉明介紹，20世紀(jì)八九十年代，我國老一輩科學(xué)家就已經(jīng)自主研發(fā)過相關(guān)軟件，受限于計算能力，模型相對粗糙。后來我國大亞灣核電站引進(jìn)法國技術(shù)以后，整個國內(nèi)的核電主流設(shè)計軟件都以法國的軟件為主。
搞軟件自主化到底要選什么路線？是基于國外成熟的路線上修修改改，還是基于現(xiàn)有國內(nèi)外學(xué)術(shù)前沿重新集成一個新的軟件？這是當(dāng)時團(tuán)隊遇到的最大困難。
“那時候我剛畢業(yè)，還是覺得要做就做最先進(jìn)的。當(dāng)時還是做了很長時間的思想斗爭，跟各級領(lǐng)導(dǎo)溝通，最終還是選了一條相對比較艱難的路，就是完全自研，重新從零起步，結(jié)合最新的國內(nèi)外先進(jìn)模型做一個新軟件。”柴曉明說，橫在團(tuán)隊面前的困難，還有模型的選擇，“國內(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，帶著團(tuán)隊幾個人一起干的時候，心里有很大壓力。但經(jīng)過團(tuán)隊一起努力，還是把這塊硬骨頭啃下來了，軟件應(yīng)用效果不錯。
“相較于國外，我們軟件的計算精度更高，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)是一個很成熟的工業(yè)化軟件產(chǎn)品了，也得到了推廣使用。”
為“華龍一號”重大工程服務(wù)
NESTOR應(yīng)用。（受訪者供圖）
NESTOR軟件包近百余個，獲得軟件著作權(quán)64項，專利已受理17項，已授權(quán)5項，源代碼280萬行。已發(fā)布的68個軟件，成功應(yīng)用于華龍一號的研發(fā)和工程設(shè)計，如：177堆芯、能動加非能動的安全系統(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，具備了向海外成套技術(shù)轉(zhuǎn)讓的能力。
高的理論要求，對研發(fā)人員也有高標(biāo)準(zhǔn)的限制。首先要有深厚的理論功底，這對整個裂變的物理過程要清晰，同時要對物理過程背后的數(shù)學(xué)方程要清晰，還要能把數(shù)字方程轉(zhuǎn)化成計算機(jī)能求解的編程語言。柴曉明解釋道：“也就是既要懂物理，又要懂?dāng)?shù)學(xué)，還要懂計算機(jī)，需要一個小而精的團(tuán)隊。”
據(jù)柴曉明介紹，做中子學(xué)軟件的時候也并未專門瞄準(zhǔn)“華龍一號”做。“后來 ‘華龍一號’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發(fā)展路徑，轉(zhuǎn)移到為國家重大項目服務(wù)路線上，為‘華龍一號’服務(wù)。”
核電堆芯的設(shè)計團(tuán)隊在設(shè)計，需要考慮很多東西：怎么裝核燃料？還有幾萬個燃料棒怎么裝？ “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)果對方案反復(fù)迭代直至可行，最后才能真正地去制造安裝。”柴曉明解釋道。
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)計的中子學(xué)計算軟件和描述整個核裂變的過程的模擬軟件，也就是整個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，比如說核燃料特性軟件、流動傳熱軟件等，所有的這些成果共同組成了“華龍一號”的自主軟件包。
大模型算法在核電領(lǐng)域還大有可為
中國核電產(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，軟件開發(fā)或者數(shù)字化方面，中國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。”柴曉明解釋道，第二個就是為新型反應(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，還需要對其進(jìn)行模擬軟件開發(fā)。
對于致力于核工業(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)注核能這個戰(zhàn)略性方向，將自己的成長與國家的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。同時，也要保持思路活躍和獨(dú)立思考的能力，在面對科研挑戰(zhàn)時能夠看清客觀的物理過程和底層邏輯，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。“我認(rèn)為每個領(lǐng)域的發(fā)展都有它的邏輯，從技術(shù)上來說，積極主動去使用它，但一定要思考大模型應(yīng)用在不同產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域優(yōu)勢是什么，要找準(zhǔn)它的優(yōu)勢來做。”柴曉明告訴記者，若聚焦核能，現(xiàn)在整個核電廠的運(yùn)行都在推進(jìn)智能化、智慧化，大模型算法在核動力領(lǐng)域大有可為。
