刘广均

刘广均 刘广均,铀同位素分离技术专家,中国科学院院士。在铀同位素分离扩散法和离心法的研究中作出了贡献。对技术改造和提高级联效率作出正确决策,使浓缩铀生产能力和经济效益大大提高;对扩散分离理论提出扩散级联最佳运行条件的三种判据,并阐明了浓度干扰的传播规律。

刘广均 - 人物简历

1929年7月15日 出生于天津市。

1948-1952年 在清华大学物理系学习。

1952-1956年 任清华大学助教、讲师。

1956-1958年 在苏联莫斯科动力学院特别班进修。

1958-1963年 任清华大学工程物理系教研室主任。

刘广均

1963-1982年 任国营五○四厂副总工艺师、副总工程师、总工程师兼副厂长。

1982年— 任核工业理化工程研究院总工程师、科技委主任、高级顾问。

刘广均 - 生平经历

刘广均,1929年7月15日出生于天津市一个回民家庭。10岁时父亲病故,家中生活相当困难,靠母亲做小学教员维持。中学是在当时的河北省立天津中学读的。这所中学是八国联军侵略中国后天津建立的第一所公立中学,俗称铃铛阁中学,师资和教学设备都很好。家境困难,能有学习机会十分不易,学校条件又较好,这些都促使他努力学习,高中时在班上学习成绩总是名列前茅。1948年夏天他刚读完高中二年级,就以北京考区第一名的成绩考入清华大学。他初中时本来喜欢文科,抗日战争胜利后,他看到只有发展科学才能使国家强盛,就转而想学习理科,特别是1945年原子弹的出现,使他看到科学技术的巨大威力。这时很多学生都对原子发生了兴趣。1947年他在化学课上听到王效曾老师讲述辉光放电和发现电子的过程,讲得非常生动,并说原子方面的知识主要在物理学。那时他还没有上物理课,就自己去读一些物理和有关原子的参考书。1948年报考大学时,他又去征求王老师的意见,王老师很诚恳地说,“学物理很清苦,你如果家境好,可以学物理;如果家境不好,还是学工科好,毕业后比较容易找到职业。”他家境并不好,但由于对原子的兴趣,还是报考了清华大学物理系。

1952年8月,他从物理系毕业后,留在清华大学物理教研组任助教。1956年初,学校成立工程物理系,培养原子能方面的学生,从物理教研组抽调了几名教师,他也是其中之一。工程物理系的负责人是校党委书记何东昌,开始分给刘广均的任务是准备讲原子核物理课,并派他到北京大学学习有关课程。1956 年9月,国家负责核工业的二机部选派了几十名大学毕业生到苏联学习原子能专业,由于其中有些人以前没学过原子核物理,就请清华大学派1名教师去辅导。何东昌就将此项任务交给刘广均,但希望他在完成辅导任务之外,同时也学习铀同位素分离专业。刘广均当时对去苏联学习是很高兴的,但他原来是要学原子核物理的,一下子改学同位素分离,思想上有点转不过弯来。何东昌讲了铀同位素分离专业的重要性,希望他能学这个新专业,并说你一下子决定不了没关系,到苏联后看看再定。刘广均到苏联后,了解到铀同位素分离的任务是从只含约千分之七铀-235 的天然铀中得到含有高丰度铀-235的浓缩铀,而铀-235正是获得裂变能的核燃料,由于铀的另一种同位素铀-238的性质和铀-235相差不多,所以从主要含铀-238的天然铀中提取铀-235是很困难的,当时国际上只有美、英和苏联掌握这项技术。而如果不掌握这项技术,则核能的利用就无法实现,因此铀同位素分离技术是非常重要的。在了解这些情况后,刘广均认为学习这个专业非常有意义,就写信给何东昌,表示愿意学习这个专业。从此以后,他就一直从事同位素分离专业了。

1958年5月,刘广均由苏联特别班毕业,回到清华大学工程物理系,同年任同位素分离教研室主任,和余兴坤,梁猷能等共同筹建了中国大学中唯一的一个铀同位素分离专业。刘广均和教研室的同志们一起夜以继日地工作,在短短的几年内,为国家输送了好几批毕业生,这些毕业生后来几乎都成为中国同位素分离事业的技术骨干。1960年夏天,苏联中断了对中国核工业的援助,中国依靠自己的力量,发展了铀同位素分离事业。党中央决定从全国各条战线抽调力量加强核工业。1963年1月,上级领导决定调刘广均到二机部,参加中国核工业建设工作。刘广均感到,能到自已多年从事的铀同位素分离的第一线去,在实际工作中为国家作贡献是非常有意义的,就愉快地接受了组织的调动。

1963年2月,刘广均到二机部报到后,于3月到铀浓缩工厂任副总工艺师兼中央实验室主任。那时正是工厂开始成批机组启动的时候,工厂的建设进入了决战阶段。刘广均到厂后,一方面学习工厂设计和工艺流程,一方面投身于获取合格产品的研究工作。当时,中国铀浓缩工厂采用的是气体扩散法。气体扩散法的分离原理是在分子间相互碰撞可以忽略不计的情况下,气体混合物中质量不同的分子平均热运动速度反比于其质量的平方根,235UF6和238UF6两种气体质量不同,从而热运动速度不同而得到分离。但是,由于两种分子质量相差不多,一次浓缩后235UF6的丰度只能增加很少一点,这就需要把很多机器串联起来,一次一次重复地浓缩,这就是“级联”。在实际工厂中,级联是一个巨大复杂的整体,有人说它像一个生物群体一样,生物体的各部分都互相影响。当时面临的一个重要问题就是能否在运行的级联中取得合格的产品。刘广均作为副总工艺师,分工负责级联的理论计算工作和级联运行状态的物理分析工作,他和大家一起,为了取得合格产品,认真仔细地分析数据,研究方案,采取措施,度过了一段不分昼夜、埋头苦干的激动人心的日子。

1982年8月组织上调刘广均到核工业理化工程研究院任总工程师,负责新型分离机器的研制工作。在学校的工作经验和在工厂工作的锻炼,对他在研究院的工作有很大帮助,他和大家一起,不断地推动研制工作。1989年4月至12月,他曾到美国罗彻斯特大学任客座教授。回国后他继续在理化工程研究院负责研究工作,担任研究员级高级工程师和高级顾问。1991年当选为中国科学院院士(学部委员)。他是第八届、第九届全国政协委员,天津市第五届科协副主席,国防科工委第一届专家咨询委员会委员,中国核学会第一届至第五届理事,《核科学与工程》编委。铀同位素分离学会第一届、第二届副理事长,第三届理事长。中国科学院技术科学部第九届常委,第十届副主任。从1987年起任清华大学工程物理系兼职教授,博士生导师。多年来,他编写过同位素分离和扩散级联水力学教材,作为主审审定了4本专业教材,先后培养博士、硕士研究生30余名。

刘广均从事铀同位素分离事业,多年来在铀同位素浓缩技术的应用和同位素分离理论上都作出很多贡献。浓缩铀可以用于发展核电,对于和平利用核能非常重要。但由于高浓缩铀可以制造核武器,所以它又是一项非常敏感的技术,各国对铀浓缩技术都进行严格的保密,公开发表的资料都是一般性的,所以以下对他在这方面的工作只能作一般的介绍。

刘广均 - 科技成就

在同位素分离技术的应用方面:

在分离铀-235和铀-238时,由于它们的质量相差很少,所以分离过程很复杂。对分离机器的技术要求也非常高,分离技术的难度是很大的。目前已用于工业生产的铀同位素分离方法,有气体扩散法和气体离心法,刘广均长期从事铀同位素分离事业,在这两种分离方法上都做过不少工作。他在扩散工厂工作时是分离工艺技术负责人,与同志们一起,进行了大量的理论研究和实验研究工作,在此基础上组织采取了多项技术革新措施,特别在技术改造和提高级联效率的措施上做出正确决策,使分离技术取得了明显的进步。《当代中国的核工业》一书中说:“在刘广均的领导下,理论计算人员密切联系生产实际,做了大量工作,从而使级联结构更加合理,级联效率相应提高。”通过这些工作,扩散工厂的生产能力大幅度增加,经济效益也大为提高。此项工作获1985年国家科技进步奖一等奖,他排名首位。他还组织生产了不同丰度的浓缩铀系列产品,1982年,浓缩铀系列产品获得国家颁发的银质奖。刘广均在应用离心技术分离同位素方面也做了很多工作,他组织进行各个研制环节的技术攻关和科学研究工作,推动了研制工作。提高机器分离能力方面的研究成果获得1987年国家科技进步奖二等奖,他排名首位。

在同位素分离理论的研究方面:

刘广均总结了多年来在扩散工厂运行中得到的实践经验,在工厂最佳运行方案和工厂非稳态运行方面写了两篇重要论文,这些论文对于了解和掌握级联运行规律具有实际意义。在稳态运行方面,他写了《扩散级联最佳运行条件的三种判据》论文,讨论了级联中各种参数改变时对产量、成本和利润的影响,推导出确定最佳工作条件的公式,并得出了一些有实际意义的结论。在级联的非稳态运行方面,他写了《讨论扩散级联浓度变化的一种物理方法——轻分子输运方法》论文。扩散级联内部浓度达到稳定分布以后,常常出现各种因素,对稳定分布产生干扰。干扰在级联中形成一个各处浓度随时间变化的动态过程。对这些情况进行物理分析以了解变化的规律是非常重要的,他在文中分析了级联中常遇到的各种浓度干扰的传播情况,特别是对由于某种原因产生了“浓度凸包”时的传播情况和“负分离”现象进行了比较详细的讨论,这对扩散级联运行是有实际意义的。在离心分离理论方面,刘广均也进行了比较系统的研究工作,写出多篇论文,得到了一些有意义的结果。

在气体分子运动论的研究方面:

常用的同位素分离法都是在气体状态下进行的,都涉及气体中的扩散输运过程的问题,而且还常常涉及在稀薄气体情况下的输运问题。稀薄气体是指气体分子平均自由程λ的大小与气体运动区域的宏观尺度L的大小相差不多的一种情况,可引入克努森(Knudsen)数Kn,Kn=λ/L。通常的输运过程理论都是在黏性流即Kn1的情况下得到的。由于在同位素分离过程中常常遇到Kn>1的情况,因此研究在这种稀薄气体情况下的输运过程是有意义的。刘广均在稀薄气体分子运动论上主要做了两方面的工作。一是在建立玻尔兹曼方程式的模型方程方面。分子运动论的基础方程是玻耳兹曼方程式,但此方程式右方的碰撞积分非常复杂,因此常常用较简单的模型项来代替玻氏方程中的碰撞积分。刘广均提出一个建立模型方程的新方法,其主要概念是在黏性流(Kn1)和分子流(Kn》1)两个极端情况下,由建立的模型方程式得到的解与玻氏方程式的解应当完全一样。他在1980年,1981年和1990年的论文中建立了这种模型。此模型方程式有以下性质:(1)其解在黏性流和分子流两个极端情况下与玻氏方程的解一样。(2)满足守恒定律。(3)可得到H定理。他1990年的论文在美国《流体物理》杂志发表后,1991年Garzo在同一杂志发表了一篇题为“从刘氏模型建立的输运方程式”的论文,指出在保留至K项的情况下,由刘氏模型得到的结果改进了由BGK模型得到的结果。保留K项相当于讨论比黏性流略为稀薄的气体(轻微稀薄气体)。因此这是刘广均研究稀薄气体分子运动论的一项成果。第二项工作是他计算了轻微稀薄气体中的熵产生并推导出熵增量公式。他的论文发表在1990 年美国《流体物理》杂志和1997年美国《输运理论和统计物理》杂志上。通常不可逆过程热力学得到的熵增量公式只适用于黏性流的情况。刘广均得到的公式除在黏性流的情况下与通常的公式一致外,还可用于“十三矩近似”下的轻微稀薄气体的情况,且在此公式中,熵增量可表示为平方项的和,有利于证明熵增量的正定性。以上两项工作对于研究稀薄气体中的输运过程是有用的。

刘广均工作刻苦努力,作风正派,在做学问上严肃认真、不断探索钻研,40多年来一直在同位素分离事业的岗位上默默地奉献着。

刘广均 - 主要论著

1 刘广均.级联最佳运行条件的三种判据.内部“工艺简报”第70期,编号1-3-307/70,1980,1-17

2 刘广均.对玻耳兹曼方程式解法的讨论.清华大学学报,1963,10 (1):1-20

3 刘广均.扩散级联水力学讲义.资料编号1-30391(内部出版),1973,1-87

4 刘广均.玻耳兹曼方程式的一种模型方程式及其对于平面Couette流问题的应用.清华大学学报,1980,20(2):91-102

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