愿得此身長報國
——記南華大學核科學與技術學院學科領軍人才劉龍成教授

王 輝

2019年，對劉龍成來說是非常特殊但又意料之中的一年。

這一年，在國外從事多年科研工作且早已功成名就的他，毅然放棄了優越的發展條件，回到闊別多年的祖國，為自己在國內的研究工作添磚加瓦，重新建立平臺，力圖推動我國在化學工程、環境工程與新能源等領域的發展進程。

他做出的這一選擇出乎了很多人的預料。要知道，在此之前，他已經擔任瑞典皇家工學院核廢物工程專業教授、高級研究員、教研室主任，并且在核廢物工程領域取得了一系列重大成果，成就斐然，發展前景可謂一片大好。因此，當他決定回國重新開始的時候，很多人對此感到十分詫異。

但對于劉龍成來說，這一選擇卻多了些夙愿即將得償的意味。當年，青春年少、意氣風發的他，為學習化學工程領域的專業知識，只身遠赴國外求學。經年苦研及同國際頂尖學者合作交流的經歷，使得他在化學工程及科研教育等領域的經驗沉淀已如一本厚重古籍般豐富。只是，如他坦陳般，只有長期在外的游子，才能更深切地體會到什么叫“越出國，越愛國”。待學術大成之后，回國為祖國社會發展發力，培養更多科研人才的心愿一直在他腦海中徘徊不去?！白鎳蠛煤由?，人才濟濟，憑什么不能在化學工程領域領先國際？”因此，此番回國，他步步籌劃，決心為中國在化學工程等領域的研究工作貢獻自己的心力，一償多年來的心愿。

劉龍成

“十年”磨一劍

將時鐘調撥至24年前，彼時的劉龍成正在進行一場頗有意思的面試。負責面試的老師是當時瑞典皇家工學院化學工程專業教研室的主任。他在核廢物地下處置工程領域取得過眾多出色成果，蜚聲國際，尤其在數學模型方面更是成就突出。而當時參加面試的劉龍成還只是一位化學工程領域的“門外漢”，在此之前，他從事的是熱能工程方向的研究，這是兩個看起來并不相同的領域。所以，當時還并未成為劉龍成博士導師的教授在情理之中地問出了這個問題：你之前是學燃燒工程的，如今能搞好化學工程嗎？

面對學術領域的權威和“大?！?，身為新人的劉龍成沒有膽怯，他略略思索后，流暢地回答道：“我覺得兩者區別不是太大，燃燒工程涉及的是熱能轉換過程，而化學工程主要涉及的是質量轉化過程。這兩種過程的數學描述是類似的，盡管前者的轉化時間是在幾秒之內，而化學工程尤其是核廢物處置工程則要考慮萬年甚至上百萬年的時間長度。從本質來講對于兩者數學建模的方法及步驟是完全相似的?！边@一別具新意的回答激起了教授的興趣，加上他不畏權威且有想法的個性，使得教授當即做出了決定：讓這個年輕人跟隨自己學習化學工程等相關領域的知識。

那天過后，劉龍成正式跨入了化學工程的大門，只身來到瑞典皇家工學院化學工程專業學習。在這之后，作為領域新人的劉龍成，保持了他不盲目迷信科研權威、堅持自己科研觀點的一貫態度，而這也使得他快速地在科研工作中獲得了突破性成果。

這次成果起源于一次“失誤”。當時劉龍成正在進行一項利用密度泛函理論解釋實驗現象的編程操作，然而在編寫算法時，他將本應寫下“./”的地方寫成了“/”。按照大家一直沿用的傳統算法，這是一項失誤。然而，劉龍成卻意外地發現，按照失誤的計算方法算出的結果竟比傳統方法更加準確。為什么只有這么一點點差別，計算效率竟會得到如此大幅度的提升呢？首先，劉龍成肯定傳統的計算方法有問題，之后，他開始考慮“./”與“/”在數學意義上的區別，進而將其與物理意義聯系起來，最終他在統計熱力學密度泛函理論體系中創建了關聯函數加權法。在應用密度泛函理論研究非均勻電解質溶液在固液界面附近的雙電層結構及熱力學性質時，常規的做法是用均相的本體溶液性質來近似地描述位于空間內任意兩點的離子間的關聯關系。關聯權重法則引入權重的概念，利用一系列本體溶液的性質描述使得這一雙離子間的關聯函數更加準確。

通過這件事情，劉龍成更加深刻地認識到，任何錯誤都是有意義的，科研工作者不應該盲目迷信權威，而應該在追根問底中尋找真正的答案。而由他創建的關聯權重法也引起了領域內不小的轟動，在短時間內被大量引用，他也由此在化學工程領域內嶄露頭角。

不過，比起由學術成就帶來的榮光，劉龍成更在乎他在研究中不斷挑戰的過程。對他而言，數學模型是數學知識與計算機編程等多學科交叉的一個領域，重點考驗的是人的邏輯思維能力。而身為一名開展數學模型研究的科研工作者，要做的就是通過計算機，將腦中的邏輯思維呈現在模型或應用程序上面，這是一種邏輯思維與計算機編程的美妙結合?！叭绻愕脑O想和邏輯思維非常精妙，那么呈現出來的模型也將十分精妙?！眲埑烧Z氣篤定地說道。

在一次又一次的自我提升和挑戰中，劉龍成創新性地開發了一套商用軟件包——Couple，用來解決核廢物地下處置庫近場與遠場核素遷移整合模型的建立問題。這是一個十分復雜且學術性極高的軟件，但在實際應用環節，該軟件常由專業素養不高的工作人員操作。操作人員如果不能熟練地和軟件溝通，最終的模擬結果極易出現問題?？紤]到這個問題，劉龍成創新性地為軟件開發了更為通俗易懂的用戶界面，極大地降低了操作人員的工作難度，提高了軟件的應用效率。該軟件包已被SKB（瑞典核燃料及核廢料管理公司）成功地應用于2個場址的安全及性能評估工作中。而這，正是劉龍成不斷挑戰自己的成果。

通過不斷鉆研，劉龍成逐漸在化學工程領域取得了一系列成果，并且開展了關于“膨潤土的侵蝕行為：對工程屏障和放射性核素遷移的長期性能影響”的項目研究。所謂膨潤土，是指以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產。對核廢物地下處置庫的安全評估表明，膨潤土膠體的形成和穩定性對處置庫的整體性能將產生直接影響。在該項目中，劉龍成對膨潤土表面侵蝕的主要機制及不同條件下可能的侵蝕程度、不同地球化學條件下的黏土膠體穩定性，以及膠體、放射性核素和圍巖之間的相互作用進行了深入且細致的研究，最終，為在處置庫的長期性能評估中如何考慮膠體的作用和相關現象，以及處置庫的安全性評估如何處理等潛在問題提供了強有力的技術支撐。

在諸多成果的加持下，劉龍成在學術界的影響力不斷上升，并且由一名普通的留學生成長為瑞典皇家工學院核廢物工程專業教授，繼承導師的衣缽成為學院該專業教研室的主任，指導學生開展相關學術研究。

眼看已經學術大成，但劉龍成卻陷入了沉思。他開始越來越頻繁地想念遠在亞歐大陸另一端的祖國，他的目光也越來越多地關注國內的發展狀況。事實上，過往在國外獨自奮斗的這些年中，他心中對祖國的掛念自始至終就沒有斷過，包括后來可以指導學生學習時，他也總是會盡力地給中國留學生機會。但他心里認為，這還不夠，他想要培養更多的中國學生。同時，由于長期以來一直關注著國內的發展，他敏銳地注意到，隨著國內經濟、科技的發展，中國在化學工程、環境工程等領域的發展開始加快，正是急需相關人才的時刻。

恰逢此時，中國原子能科學研究院院長助理張生棟研究員了解到劉龍成在化學工程領域所取得的一系列重要成就，大力邀請他回國開展相關研究工作。原子能科學研究院是中國核科學技術的發祥地，以及國防核科研、核能開發研究和核基礎科研的創新基地，對于想要回國為國家發展貢獻自身力量的劉龍成而言，這里無疑是一處絕佳的科研平臺。因此，在經過一番縝密的思慮過后，他果斷地答應了以客座研究員的身份回國來到中國原子能科學研究院從事化學工程、環境工程與新能源等領域的研究工作，一償多年來的報國夙愿。

科研未敢忘憂國

回到國內，對劉龍成來說，是一場任重而道遠的攻關之路。

在核電大發展的時代背景下，地下核廢物的安全處置問題成為懸在各國心頭上的“達摩克利斯之劍”。要知道，在核工業廢物中，97%屬于中低放廢物，剩下的3%，含有多種對人體傷害極大的高濃度放射性核素，其中的钚元素，只需攝入10毫克就足以致人斃命。因此，如何安全地解決核廢物的地下處置就成為各國需要重點考慮的問題，但在該研究領域，中國尚屬于發展的初步階段。因此，劉龍成回國后首先要做的就是結合自己數十年來在國外學習積累的先進專業知識，推動中國在地下核廢物的安全處置領域，尤其是反應運移數值模型的開發與應用方面的研究進展?！拔覀儾粌H要注重實驗技術的發展，還應該重視基礎理論及數學模型的研究?！眲埑梢馕渡铋L地提出。

除此之外，劉龍成還將繼續開展關于黏土膠體化學，即膨潤土凝絮及膨脹性質、膨潤土侵蝕行為及其危害的研究。所謂膠體，指的是分散質粒子直徑在1nm～10mm之間的分散系，且通常帶有電荷。對于地下有機質、重金屬，以及核素等污染來說，黏土膠體的存在極大地增強了污染元素在地下的遷移速度，且這種增強效率是非常驚人的?！叭绻叵碌暮怂匦枰谝荒甑臅r間遷移到達地面的話，那么在膠體的影響下，它們將會在數天的時間內到達地面?！倍鴦埑梢龅?，就是研究清楚膠體與土壤、巖石等介質相互作用的機制及原理，并將其運用在核素遷移等預測模型中，以更加準確地對土壤的污染狀態及速度進行評估，并為其修復方案提供切實的建議。

事實上，關于土壤的修復問題，一直是劉龍成回國后壓在心頭的一塊巨石。自改革開放以來，中國的工業發展迅速，在為社會產出巨大利益的同時也不可避免地加重了對土地的污染。過去國內常用的處理方法是以新土換舊土，但這是一種治標不治本的方法，要知道，表面能觀察到的被污染的土壤范圍可能只是污染的核心區，但隨著污染元素的遷移，污染的波及范圍可能更廣更深。這種情況下，就需要通過采樣將其與專業的數學模型結合起來，通過一系列的復雜算法推測污染物的波及范圍，然后再結合經濟效益、社會效益等方面的考慮，制訂出切實可行且有效的治理方案。這樣一套系統而完整的制訂修復方案的流程，在瑞典等國家已經應用得相當熟練。因此，自回國后，劉龍成便一直在努力，希望將該領域的相關先進經驗在國內推廣開來?！爸挥袑栴}解決得更加徹底，才能不為后代子孫留下隱患?！眲埑烧f道，而他要做的，就是以數學模型為基礎，提出更加科學客觀的修復方案，為相關部門制訂客觀、有效的決策提供重要參考依據。

除土壤修復外，劉龍成還將研究目光投向了再生能源方向。在百川匯聚、低流入海處，大容量的淡水與鹽分高的海水交匯，這樣具有鹽度濃度差的地方就是劉龍成發揮科研作用的絕佳環境。他利用濃度梯度法，通過周期性交換兩種不同鹽度的水溶液，用沉浸于反應器中的活性炭電極間產生電升壓的方式來獲得大量電能。值得一提的是，該方法并不限于海水和淡水，在化工廠或熱電廠等場所同樣可以應用。這不僅完成了能源的綠色產出，還實現了對工業廢物及廢熱的有效利用。

解決了關于電能的產出問題，劉龍成自然會考慮到關于電能的儲藏問題。在尚未回國之時，他便十分關注國內在該領域的發展需求，并和北京理工大學、上海交通大學合作，開展了針對鋰離子電池健康及容量狀態估算方法的研究。通常我們了解到的通過風能或太陽能這種新能源發電方式產生的電能，國內主要是利用電動汽車行業淘汰下來的鋰離子電池來進行儲藏，將相當數量的鋁電池結合起來，形成大的儲電模塊。盡管該方法解決了鋰離子電池的回收問題，但在使用過程中卻面臨著非常嚴重的問題，那就是儲電模塊的“短板效應”。在一個大的儲電模塊中，所有回收后的鋰離子電池容量狀態是不盡相同的，那么儲電模塊的容量上限就是由其中一塊容量最小的鋰離子電池決定的。如何準確地對每塊鋰離子電池的健康狀態和容量狀態進行準確評估，成為解決該新能源儲藏問題的關鍵。因此，劉龍成要做的，就是通過建立相應的等量電動模型，結合一系列復雜的計算，從而得到對鋰離子電池相關狀態的正確評估。

不難看出，無論是地下核廢物的安全處置問題、黏土膠體化學問題，還是新能源儲藏等問題，都離不開數學模型的建立和仿真。事實上，這也確實是劉龍成推動基礎研究走向應用研究時的一大利器。多年來的研究經歷，使得他比旁人更清楚這一利器蘊含的巨大作用。因此，此番回國，除了將在上述領域開展一系列相關工作外，他還將致力于數學模型在我國教育及研究領域的提高?！拔ㄓ袑嶒灲Y果上升到數據分析及理論探索層面，研究工作才能走得更遠更深?！眲埑烧f道，這是他對科研的認識，也是他希望在國內看到的局面。

團隊合影

長風破浪會有時

無論是關于化學工程、環境工程等領域研究工作的開展，還是關于數據模型的推廣，都離不開合適的平臺，就好比月亮只有立足于太空中，才能借助太陽的光，反射出更高的亮度，使光芒普及到更多的世人身上。事實上，回國之后，劉龍成開展科研工作的平臺除了中國原子能科學研究院外，還有南華大學核科學與技術學院。

回國不久之后，劉龍成曾前往南華大學進行相關研究領域的交流訪問，其間，他提到應對核科學領域的學生加強數據模型方面的培養，這一觀點引起了南華大學相關領導的重視。原來，核工程與核技術專業一直是學校十分重視的特色專業，長期以來，學校都十分注重該專業科研實力的提升，并且希望能夠培養具備從事核工程與核技術領域的設計、研發、工程、生產等工作所需的扎實專業理論知識、專業技術知識和實踐與創新能力的專業人才，而劉龍成的觀點正好契合了南華大學在該領域的發展需求。

因此，訪談第二天，南華大學核科學與技術學院院長趙立宏教授找到劉龍成，與其商談了許久，懇切地邀請他來南華大學從事教研工作，助力學校提高在核領域的研究及教學水平。訪問結束之后的一星期，趙立宏院長又親自從衡陽趕赴北京，邀請劉龍成再次前往南華大學講學，并進一步討論合作事宜。在第二次講學期間，南華大學張灼華校長特意接見了劉龍成，希望引進劉龍成為學科領軍人才。

古有“三顧茅廬”求才之說，如今南華大學高層多次誠摯邀請劉龍成加入學校，其誠意已十分明顯。而對于劉龍成來說，這也是一次實現他心中想法的機會。早在瑞典從事教研工作時，劉龍成就敏銳地發現了中國留學生與國外學生的差異?！爸袊膶W生在學習成績和科研領悟能力方面絲毫不遜于國外優秀學生，但往往因受限于對權威人士的敬畏而不敢提出自己的觀點，從而導致缺乏創新能力?！眲埑筛锌卣f道。除此之外，他還發現，來自國內的學生對數據模型方面的研究缺乏重視。而多年的研究經驗告訴他，缺乏對數據的分析，實驗的發展空間也會受限。因此，系統而專業地培養學生在核科學領域，尤其是數據模型方向的研究能力，成為劉龍成一直以來的心愿：“當年在國外受限于種種原因，能夠培養的中國學生有限。如今，我想用事實證明，只要提供足夠開放且優質的研究與教學環境，中國的學生在核科學領域的研究水平不會低于世界任何一個國家的學生，并且同樣能夠研發出足夠先進的科研成果?！?/p>

如今，借助于中國原子能科學院與南華大學兩大平臺，劉龍成正在穩步地推動著自己的科研規劃。他在南華大學核科學與技術學院營造開放、活躍的教學環境，多種措施并行，激發學生的創新能力，并帶動學校在核科學研究方向上的發展。同時，他還以兩大科研平臺為基礎，致力于解決國內核廢物在地下的安全處置問題、黏土膠體化學問題，或者是新能源儲藏等方面存在的問題，為祖國的長遠發展貢獻自己的力量。

所謂大家，必是將領域發展，以及祖國和人民放在自己前面的人。對劉龍成而言，幾十年科研路上的風風雨雨已經走過。此番回國，正是利用所掌握的先進科研技術為國家發展貢獻力量的時候。因此，無論未來道路上還會遇到多少艱難險阻，他都會不遺余力地繼續往前走下去。