愿得此身长报国——记南华大学核科学与技术学院学科领军人才刘龙成教授

王 辉

2019年，对刘龙成来说是非常特殊但又意料之中的一年。

这一年，在国外从事多年科研工作且早已功成名就的他，毅然放弃了优越的发展条件，回到阔别多年的祖国，为自己在国内的研究工作添砖加瓦，重新建立平台，力图推动我国在化学工程、环境工程与新能源等领域的发展进程。

他做出的这一选择出乎了很多人的预料。要知道，在此之前，他已经担任瑞典皇家工学院核废物工程专业教授、高级研究员、教研室主任，并且在核废物工程领域取得了一系列重大成果，成就斐然，发展前景可谓一片大好。因此，当他决定回国重新开始的时候，很多人对此感到十分诧异。

但对于刘龙成来说，这一选择却多了些夙愿即将得偿的意味。当年，青春年少、意气风发的他，为学习化学工程领域的专业知识，只身远赴国外求学。经年苦研及同国际顶尖学者合作交流的经历，使得他在化学工程及科研教育等领域的经验沉淀已如一本厚重古籍般丰富。只是，如他坦陈般，只有长期在外的游子，才能更深切地体会到什么叫“越出国，越爱国”。待学术大成之后，回国为祖国社会发展发力，培养更多科研人才的心愿一直在他脑海中徘徊不去。“祖国大好河山，人才济济，凭什么不能在化学工程领域领先国际？”因此，此番回国，他步步筹划，决心为中国在化学工程等领域的研究工作贡献自己的心力，一偿多年来的心愿。

刘龙成

“十年”磨一剑

将时钟调拨至24年前，彼时的刘龙成正在进行一场颇有意思的面试。负责面试的老师是当时瑞典皇家工学院化学工程专业教研室的主任。他在核废物地下处置工程领域取得过众多出色成果，蜚声国际，尤其在数学模型方面更是成就突出。而当时参加面试的刘龙成还只是一位化学工程领域的“门外汉”，在此之前，他从事的是热能工程方向的研究，这是两个看起来并不相同的领域。所以，当时还并未成为刘龙成博士导师的教授在情理之中地问出了这个问题：你之前是学燃烧工程的，如今能搞好化学工程吗？

面对学术领域的权威和“大牛”，身为新人的刘龙成没有胆怯，他略略思索后，流畅地回答道：“我觉得两者区别不是太大，燃烧工程涉及的是热能转换过程，而化学工程主要涉及的是质量转化过程。这两种过程的数学描述是类似的，尽管前者的转化时间是在几秒之内，而化学工程尤其是核废物处置工程则要考虑万年甚至上百万年的时间长度。从本质来讲对于两者数学建模的方法及步骤是完全相似的。”这一别具新意的回答激起了教授的兴趣，加上他不畏权威且有想法的个性，使得教授当即做出了决定：让这个年轻人跟随自己学习化学工程等相关领域的知识。

那天过后，刘龙成正式跨入了化学工程的大门，只身来到瑞典皇家工学院化学工程专业学习。在这之后，作为领域新人的刘龙成，保持了他不盲目迷信科研权威、坚持自己科研观点的一贯态度，而这也使得他快速地在科研工作中获得了突破性成果。

这次成果起源于一次“失误”。当时刘龙成正在进行一项利用密度泛函理论解释实验现象的编程操作，然而在编写算法时，他将本应写下“./”的地方写成了“/”。按照大家一直沿用的传统算法，这是一项失误。然而，刘龙成却意外地发现，按照失误的计算方法算出的结果竟比传统方法更加准确。为什么只有这么一点点差别，计算效率竟会得到如此大幅度的提升呢？首先，刘龙成肯定传统的计算方法有问题，之后，他开始考虑“./”与“/”在数学意义上的区别，进而将其与物理意义联系起来，最终他在统计热力学密度泛函理论体系中创建了关联函数加权法。在应用密度泛函理论研究非均匀电解质溶液在固液界面附近的双电层结构及热力学性质时，常规的做法是用均相的本体溶液性质来近似地描述位于空间内任意两点的离子间的关联关系。关联权重法则引入权重的概念，利用一系列本体溶液的性质描述使得这一双离子间的关联函数更加准确。

通过这件事情，刘龙成更加深刻地认识到，任何错误都是有意义的，科研工作者不应该盲目迷信权威，而应该在追根问底中寻找真正的答案。而由他创建的关联权重法也引起了领域内不小的轰动，在短时间内被大量引用，他也由此在化学工程领域内崭露头角。

不过，比起由学术成就带来的荣光，刘龙成更在乎他在研究中不断挑战的过程。对他而言，数学模型是数学知识与计算机编程等多学科交叉的一个领域，重点考验的是人的逻辑思维能力。而身为一名开展数学模型研究的科研工作者，要做的就是通过计算机，将脑中的逻辑思维呈现在模型或应用程序上面，这是一种逻辑思维与计算机编程的美妙结合。“如果你的设想和逻辑思维非常精妙，那么呈现出来的模型也将十分精妙。”刘龙成语气笃定地说道。

在一次又一次的自我提升和挑战中，刘龙成创新性地开发了一套商用软件包——Couple，用来解决核废物地下处置库近场与远场核素迁移整合模型的建立问题。这是一个十分复杂且学术性极高的软件，但在实际应用环节，该软件常由专业素养不高的工作人员操作。操作人员如果不能熟练地和软件沟通，最终的模拟结果极易出现问题。考虑到这个问题，刘龙成创新性地为软件开发了更为通俗易懂的用户界面，极大地降低了操作人员的工作难度，提高了软件的应用效率。该软件包已被SKB（瑞典核燃料及核废料管理公司）成功地应用于2个场址的安全及性能评估工作中。而这，正是刘龙成不断挑战自己的成果。

通过不断钻研，刘龙成逐渐在化学工程领域取得了一系列成果，并且开展了关于“膨润土的侵蚀行为：对工程屏障和放射性核素迁移的长期性能影响”的项目研究。所谓膨润土，是指以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产。对核废物地下处置库的安全评估表明，膨润土胶体的形成和稳定性对处置库的整体性能将产生直接影响。在该项目中，刘龙成对膨润土表面侵蚀的主要机制及不同条件下可能的侵蚀程度、不同地球化学条件下的黏土胶体稳定性，以及胶体、放射性核素和围岩之间的相互作用进行了深入且细致的研究，最终，为在处置库的长期性能评估中如何考虑胶体的作用和相关现象，以及处置库的安全性评估如何处理等潜在问题提供了强有力的技术支撑。

在诸多成果的加持下，刘龙成在学术界的影响力不断上升，并且由一名普通的留学生成长为瑞典皇家工学院核废物工程专业教授，继承导师的衣钵成为学院该专业教研室的主任，指导学生开展相关学术研究。

眼看已经学术大成，但刘龙成却陷入了沉思。他开始越来越频繁地想念远在亚欧大陆另一端的祖国，他的目光也越来越多地关注国内的发展状况。事实上，过往在国外独自奋斗的这些年中，他心中对祖国的挂念自始至终就没有断过，包括后来可以指导学生学习时，他也总是会尽力地给中国留学生机会。但他心里认为，这还不够，他想要培养更多的中国学生。同时，由于长期以来一直关注着国内的发展，他敏锐地注意到，随着国内经济、科技的发展，中国在化学工程、环境工程等领域的发展开始加快，正是急需相关人才的时刻。

恰逢此时，中国原子能科学研究院院长助理张生栋研究员了解到刘龙成在化学工程领域所取得的一系列重要成就，大力邀请他回国开展相关研究工作。原子能科学研究院是中国核科学技术的发祥地，以及国防核科研、核能开发研究和核基础科研的创新基地，对于想要回国为国家发展贡献自身力量的刘龙成而言，这里无疑是一处绝佳的科研平台。因此，在经过一番缜密的思虑过后，他果断地答应了以客座研究员的身份回国来到中国原子能科学研究院从事化学工程、环境工程与新能源等领域的研究工作，一偿多年来的报国夙愿。

科研未敢忘忧国

回到国内，对刘龙成来说，是一场任重而道远的攻关之路。

在核电大发展的时代背景下，地下核废物的安全处置问题成为悬在各国心头上的“达摩克利斯之剑”。要知道，在核工业废物中，97%属于中低放废物，剩下的3%，含有多种对人体伤害极大的高浓度放射性核素，其中的钚元素，只需摄入10毫克就足以致人毙命。因此，如何安全地解决核废物的地下处置就成为各国需要重点考虑的问题，但在该研究领域，中国尚属于发展的初步阶段。因此，刘龙成回国后首先要做的就是结合自己数十年来在国外学习积累的先进专业知识，推动中国在地下核废物的安全处置领域，尤其是反应运移数值模型的开发与应用方面的研究进展。“我们不仅要注重实验技术的发展，还应该重视基础理论及数学模型的研究。”刘龙成意味深长地提出。

除此之外，刘龙成还将继续开展关于黏土胶体化学，即膨润土凝絮及膨胀性质、膨润土侵蚀行为及其危害的研究。所谓胶体，指的是分散质粒子直径在1nm～10mm之间的分散系，且通常带有电荷。对于地下有机质、重金属，以及核素等污染来说，黏土胶体的存在极大地增强了污染元素在地下的迁移速度，且这种增强效率是非常惊人的。“如果地下的核素需要在一年的时间迁移到达地面的话，那么在胶体的影响下，它们将会在数天的时间内到达地面。”而刘龙成要做的，就是研究清楚胶体与土壤、岩石等介质相互作用的机制及原理，并将其运用在核素迁移等预测模型中，以更加准确地对土壤的污染状态及速度进行评估，并为其修复方案提供切实的建议。

事实上，关于土壤的修复问题，一直是刘龙成回国后压在心头的一块巨石。自改革开放以来，中国的工业发展迅速，在为社会产出巨大利益的同时也不可避免地加重了对土地的污染。过去国内常用的处理方法是以新土换旧土，但这是一种治标不治本的方法，要知道，表面能观察到的被污染的土壤范围可能只是污染的核心区，但随着污染元素的迁移，污染的波及范围可能更广更深。这种情况下，就需要通过采样将其与专业的数学模型结合起来，通过一系列的复杂算法推测污染物的波及范围，然后再结合经济效益、社会效益等方面的考虑，制订出切实可行且有效的治理方案。这样一套系统而完整的制订修复方案的流程，在瑞典等国家已经应用得相当熟练。因此，自回国后，刘龙成便一直在努力，希望将该领域的相关先进经验在国内推广开来。“只有将问题解决得更加彻底，才能不为后代子孙留下隐患。”刘龙成说道，而他要做的，就是以数学模型为基础，提出更加科学客观的修复方案，为相关部门制订客观、有效的决策提供重要参考依据。

除土壤修复外，刘龙成还将研究目光投向了再生能源方向。在百川汇聚、低流入海处，大容量的淡水与盐分高的海水交汇，这样具有盐度浓度差的地方就是刘龙成发挥科研作用的绝佳环境。他利用浓度梯度法，通过周期性交换两种不同盐度的水溶液，用沉浸于反应器中的活性炭电极间产生电升压的方式来获得大量电能。值得一提的是，该方法并不限于海水和淡水，在化工厂或热电厂等场所同样可以应用。这不仅完成了能源的绿色产出，还实现了对工业废物及废热的有效利用。

解决了关于电能的产出问题，刘龙成自然会考虑到关于电能的储藏问题。在尚未回国之时，他便十分关注国内在该领域的发展需求，并和北京理工大学、上海交通大学合作，开展了针对锂离子电池健康及容量状态估算方法的研究。通常我们了解到的通过风能或太阳能这种新能源发电方式产生的电能，国内主要是利用电动汽车行业淘汰下来的锂离子电池来进行储藏，将相当数量的铝电池结合起来，形成大的储电模块。尽管该方法解决了锂离子电池的回收问题，但在使用过程中却面临着非常严重的问题，那就是储电模块的“短板效应”。在一个大的储电模块中，所有回收后的锂离子电池容量状态是不尽相同的，那么储电模块的容量上限就是由其中一块容量最小的锂离子电池决定的。如何准确地对每块锂离子电池的健康状态和容量状态进行准确评估，成为解决该新能源储藏问题的关键。因此，刘龙成要做的，就是通过建立相应的等量电动模型，结合一系列复杂的计算，从而得到对锂离子电池相关状态的正确评估。

不难看出，无论是地下核废物的安全处置问题、黏土胶体化学问题，还是新能源储藏等问题，都离不开数学模型的建立和仿真。事实上，这也确实是刘龙成推动基础研究走向应用研究时的一大利器。多年来的研究经历，使得他比旁人更清楚这一利器蕴含的巨大作用。因此，此番回国，除了将在上述领域开展一系列相关工作外，他还将致力于数学模型在我国教育及研究领域的提高。“唯有将实验结果上升到数据分析及理论探索层面，研究工作才能走得更远更深。”刘龙成说道，这是他对科研的认识，也是他希望在国内看到的局面。

团队合影

长风破浪会有时

无论是关于化学工程、环境工程等领域研究工作的开展，还是关于数据模型的推广，都离不开合适的平台，就好比月亮只有立足于太空中，才能借助太阳的光，反射出更高的亮度，使光芒普及到更多的世人身上。事实上，回国之后，刘龙成开展科研工作的平台除了中国原子能科学研究院外，还有南华大学核科学与技术学院。

回国不久之后，刘龙成曾前往南华大学进行相关研究领域的交流访问，其间，他提到应对核科学领域的学生加强数据模型方面的培养，这一观点引起了南华大学相关领导的重视。原来，核工程与核技术专业一直是学校十分重视的特色专业，长期以来，学校都十分注重该专业科研实力的提升，并且希望能够培养具备从事核工程与核技术领域的设计、研发、工程、生产等工作所需的扎实专业理论知识、专业技术知识和实践与创新能力的专业人才，而刘龙成的观点正好契合了南华大学在该领域的发展需求。

因此，访谈第二天，南华大学核科学与技术学院院长赵立宏教授找到刘龙成，与其商谈了许久，恳切地邀请他来南华大学从事教研工作，助力学校提高在核领域的研究及教学水平。访问结束之后的一星期，赵立宏院长又亲自从衡阳赶赴北京，邀请刘龙成再次前往南华大学讲学，并进一步讨论合作事宜。在第二次讲学期间，南华大学张灼华校长特意接见了刘龙成，希望引进刘龙成为学科领军人才。

古有“三顾茅庐”求才之说，如今南华大学高层多次诚挚邀请刘龙成加入学校，其诚意已十分明显。而对于刘龙成来说，这也是一次实现他心中想法的机会。早在瑞典从事教研工作时，刘龙成就敏锐地发现了中国留学生与国外学生的差异。“中国的学生在学习成绩和科研领悟能力方面丝毫不逊于国外优秀学生，但往往因受限于对权威人士的敬畏而不敢提出自己的观点，从而导致缺乏创新能力。”刘龙成感慨地说道。除此之外，他还发现，来自国内的学生对数据模型方面的研究缺乏重视。而多年的研究经验告诉他，缺乏对数据的分析，实验的发展空间也会受限。因此，系统而专业地培养学生在核科学领域，尤其是数据模型方向的研究能力，成为刘龙成一直以来的心愿：“当年在国外受限于种种原因，能够培养的中国学生有限。如今，我想用事实证明，只要提供足够开放且优质的研究与教学环境，中国的学生在核科学领域的研究水平不会低于世界任何一个国家的学生，并且同样能够研发出足够先进的科研成果。”

如今，借助于中国原子能科学院与南华大学两大平台，刘龙成正在稳步地推动着自己的科研规划。他在南华大学核科学与技术学院营造开放、活跃的教学环境，多种措施并行，激发学生的创新能力，并带动学校在核科学研究方向上的发展。同时，他还以两大科研平台为基础，致力于解决国内核废物在地下的安全处置问题、黏土胶体化学问题，或者是新能源储藏等方面存在的问题，为祖国的长远发展贡献自己的力量。

所谓大家，必是将领域发展，以及祖国和人民放在自己前面的人。对刘龙成而言，几十年科研路上的风风雨雨已经走过。此番回国，正是利用所掌握的先进科研技术为国家发展贡献力量的时候。因此，无论未来道路上还会遇到多少艰难险阻，他都会不遗余力地继续往前走下去。