學(xué)習(xí)強國：戈壁深處，“釷”夢成真????

釷基熔鹽實驗堆建筑外觀 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所供圖

位于甘肅武威的2兆瓦液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆，是當前全球唯一運行的釷基熔鹽堆（Thorium Molten Salt Reactor，簡稱TMSR）。

TMSR是國際公認的第四代先進核能系統(tǒng)，它采用高溫熔鹽同時作為核燃料載體和冷卻劑，具有固有安全、無需大量用水、常壓運行等突出優(yōu)勢。釷基熔鹽實驗堆，是全球首個實現(xiàn)釷燃料入堆運行的實驗裝置，相當于這項技術(shù)的“先行試驗平臺”。它首次驗證了將自然界儲量豐富的釷資源轉(zhuǎn)化為可用核燃料的技術(shù)可行性，有望將我國豐富的釷資源轉(zhuǎn)化為千年可持續(xù)的清潔能源，從根本上突破鈾資源短缺的能源瓶頸，其高溫特性還可用于高效發(fā)電、氫能制取等領(lǐng)域。

中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所（以下簡稱“上海應(yīng)物所”）歷經(jīng)十五年自主研發(fā)，掌握了從關(guān)鍵材料到堆芯運行的全套技術(shù)，為實現(xiàn)“雙碳”目標、保障國家能源安全開辟了一條全新路徑。

從零到一，從黃浦江畔到戈壁深處

“志敏，上海光源已經(jīng)建成，現(xiàn)在準備籌建第四代核能系統(tǒng)熔鹽堆，你愿不愿意過來開辟新戰(zhàn)場？”時任上海應(yīng)物所所長徐洪杰向當時最年輕的工程技術(shù)部主任戴志敏發(fā)出邀約。2009年，一句簡單的問話，開啟了一項將綿延數(shù)十載的宏大事業(yè)。

戴志敏沒有猶豫。“既是領(lǐng)導(dǎo)，又是師兄，亦師亦友”，這份信任讓他義無反顧投身釷基熔鹽堆的研發(fā)和建設(shè)。很快，一支約三十人的核心團隊從上海光源轉(zhuǎn)戰(zhàn)而來，與“專業(yè)歸隊”的傳統(tǒng)核科學(xué)技術(shù)學(xué)科隊伍匯合，成為熔鹽堆事業(yè)的“種子”。沒有學(xué)科積累、沒有研究條件、沒有現(xiàn)成隊伍，但只要國家需要，這支團隊就邊干邊學(xué)、邊建條件邊做研究，短短幾年就取得包括隊伍、條件、科技在內(nèi)的研發(fā)能力的全面突破，完成實驗堆的工程設(shè)計。

然而，夢想的種子該落向何方？團隊輾轉(zhuǎn)東西南北，踏遍可能的實驗堆選址。當時社會公眾對核設(shè)施仍存疑慮，選址之路異常艱辛。最終，在中國科學(xué)院和甘肅省政府的鼎力支持下，2017年實驗堆落戶武威民勤?！斑@里風(fēng)光煤資源豐富，利于未來多能互補；更重要的是，甘肅作為我國核工業(yè)的重要基地，民眾對核能科技的認同度高?！鄙虾?yīng)物所黨委書記、副所長李晴暖道出當初的考量。

熔鹽堆幾乎無需水冷卻的工藝特性，讓它在干旱的戈壁灘上找到了用武之地。一條從上海嘉定實驗室延伸至西部戈壁、直線距離跨越兩千多公里的科研“長征路”，就此鋪開。

闖關(guān)奪隘，提前實現(xiàn)建成運行目標

釷基熔鹽堆被譽為“未來核能”，關(guān)鍵在于其最適合實現(xiàn)釷鈾燃料循環(huán)，將自然界中儲量豐富卻無法直接使用的釷-232，轉(zhuǎn)換為易裂變的鈾-233，從而實現(xiàn)燃料的自持與高效利用。

“釷本身不是易裂變材料，但它吸收中子后，會經(jīng)過一系列核反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)殁?233，這才是我們真正的‘燃料’?！鄙虾?yīng)物所副所長蔡翔舟介紹，項目團隊在實驗堆中首次完成釷燃料的加載與運行驗證。通過對運行后的燃料鹽取樣分析，科研人員成功檢測到鏷-233、鈾-233等關(guān)鍵核素，證實釷向鈾的轉(zhuǎn)化已在堆內(nèi)穩(wěn)步推進。

這一過程的實現(xiàn)，離不開精準的核素測量與轉(zhuǎn)換比的標定。團隊依托自主研發(fā)的化學(xué)分析技術(shù)與輻照后檢測手段，對燃料鹽中各類核素進行定量分析，并與理論模型反復(fù)校核，為后續(xù)更大規(guī)模的燃料循環(huán)設(shè)計奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

“我們不只是建了一個堆，更是開啟了一條從釷到鈾、從乏燃料到再生燃料的閉式循環(huán)之路?！睂嶒灦压こ潭芽傮w負責(zé)人余笑寒研究員表示，未來將持續(xù)推進釷鈾循環(huán)的工程化驗證，為實現(xiàn)我國核能“千年燃料”愿景筑牢根基。

科研人員在操作設(shè)備 “學(xué)習(xí)強國”記者 魏敏 攝

除釷鈾燃料循環(huán)技術(shù)外，團隊在研發(fā)第四代先進核能系統(tǒng)的過程中，還面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，包括堆用材料制造與加工技術(shù)、安全防護新技術(shù)等。

“鎳基合金與核石墨作為熔鹽堆的關(guān)鍵材料，其性能直接決定反應(yīng)堆的安全與壽命。立項時，此類材料國際上僅少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)，國內(nèi)幾近空白。而我們的釷基熔鹽堆瞄準工業(yè)應(yīng)用，必須建立自主可控的供應(yīng)鏈技術(shù)。”上海應(yīng)物所研究員黃鶴飛回憶，項目啟動之初，就確立了進口與自主研發(fā)“兩條腿走路”的發(fā)展戰(zhàn)略。“關(guān)鍵技術(shù)是要不來、買不來、討不來的！所領(lǐng)導(dǎo)帶領(lǐng)團隊毅然走上自主研發(fā)之路?！?/p>

從實驗室小試，到與企業(yè)合作的中試，再到工業(yè)化生產(chǎn)，科研人員日夜兼程，最終實現(xiàn)關(guān)鍵材料全面國產(chǎn)化，國產(chǎn)化率超過90%。

在嘉定園區(qū)的實驗室中，一項材料蠕變實驗已持續(xù)超過六萬小時?！斑@個樣品從2019年裝載開始試驗，至今仍在運行。它必須實打?qū)嵉胤e累數(shù)據(jù)，沒有任何彎道超車可言?！睂嶒炄藛T強調(diào)。正是這種對基礎(chǔ)科學(xué)的極致尊重，為實驗堆未來數(shù)十年的安全運行奠定堅實基礎(chǔ)。

焊接工藝同樣關(guān)乎工程成敗。“焊縫是會長大的”，一道不合格的焊縫就可能埋下安全隱患。團隊自主研發(fā)焊絲，像“炒菜”般反復(fù)調(diào)試參數(shù)，并采用機器人焊接確保精度。每一道焊縫都須通過嚴苛的無損檢測，所有焊接人員必須持證上崗。

走進釷基熔鹽實驗堆“大腦”主控室，六塊大屏幕實時顯示堆芯溫度、功率、放射性水平等關(guān)鍵參數(shù)。這里采用值長與操縱員協(xié)同機制，即值長負責(zé)整體監(jiān)控與指令下達，操縱員執(zhí)行具體操作，所有指令與數(shù)據(jù)均通過此中樞傳輸至各系統(tǒng)，確保反應(yīng)堆安全可控運行。

最驚心動魄的“百日攻堅戰(zhàn)”發(fā)生在2023年。裝料前夕，熔鹽在管道彎頭處發(fā)生堵塞。戈壁盛夏，深入地下作業(yè)區(qū)溫度高達45攝氏度，如蒸桑拿一般。戴志敏所長帶頭鉆入狹窄悶熱的管道空間排查故障。團隊成員輪流上陣，連續(xù)奮戰(zhàn)一百多個日夜，晝夜兩班倒，最終解決了問題，掃清了臨界前的最后障礙，于2023年10月11日實現(xiàn)首次臨界。2024年10月，團隊完成世界上首次熔鹽堆加釷，在國際上率先建成獨具特色的熔鹽堆與釷鈾燃料循環(huán)研究平臺。

生命至上，多重認證筑牢安全防線

安全性是核能的生命線，也是這個項目團隊的最高準則。

熔鹽堆具備固有安全的物理特性——負反饋機制。當反應(yīng)堆溫度異常升高時，自持鏈式核反應(yīng)會自然減弱直至停止，從根本上避免堆芯熔毀等嚴重事故。

為使安全從理論走向現(xiàn)實，團隊接受了國家最嚴格的監(jiān)管。項目是《中華人民共和國核安全法》實施后首個通過全周期安全監(jiān)管的新建研究堆，“從選址、建造到運行，審批文件堆積如山，答辯、現(xiàn)場檢查、整改的輪回數(shù)不勝數(shù)?！睂嶒灦压こ贪踩傮w負責(zé)人夏曉彬研究員坦言。

最終，團隊于2023年6月取得國家核安全局頒發(fā)的核設(shè)施運行許可證（國核安證字第2307號）——這是國際上首個經(jīng)過國家核安全監(jiān)管部門審查并頒發(fā)的熔鹽堆運行許可證，具有里程碑意義。

在實驗堆園區(qū)，輻射工作人員隨身佩戴個人劑量計“劑量卡”，用以測量個人劑量及評價有效劑量?！皞€人劑量由具有資質(zhì)的機構(gòu)進行檢測，并上報相關(guān)監(jiān)管部門，個人劑量檔案終身保存?！鄙虾?yīng)物所核與輻射安全技術(shù)部主任蔡軍補充。一旦個人劑量超標，需要開展調(diào)查并針對調(diào)查結(jié)果采取有效措施。至今，未有人員個人劑量超標。

精神賡續(xù)，用堅守書寫“國家使命”

“徐所在天之靈，一定會感到欣慰的?！贝髦久羲L提及已故的徐洪杰老所長，在場多人眼眶濕潤。徐洪杰是釷基熔鹽堆項目的“靈魂人物”，從戰(zhàn)略規(guī)劃到團隊組建，傾注畢生心血，直至生命最后階段，仍心系實驗堆的實驗進展?！八Ｕf，做科研要‘耐得住寂寞，坐得住冷板凳’‘細節(jié)決定成敗’，這些話我們始終銘記。”

這份精神在團隊中薪火相傳。許多科研人員一年超過三百天堅守戈壁，有人錯過孩子出生，也有人無法在父母病榻前盡孝?！拔覀兪卿摻罨炷磷龅模　蓖两椖拷M的女同志們常這樣笑談，言語背后，是無人言退的堅韌與擔(dān)當。李晴暖如是說。

如今，實驗堆所在的武威園區(qū)已成為中國第四代核反應(yīng)堆重要的研發(fā)基地。按規(guī)劃，團隊下一步將建設(shè)30兆瓦級研究堆，繼而推進百兆瓦級示范堆，最終實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用?！拔覈Q儲量豐富，若能高效利用，可滿足千年能源需求?！贝髦久舯硎?，未來該技術(shù)還將走向“一帶一路”，為發(fā)展中國家提供安全、無核擴散風(fēng)險的能源方案，踐行人類命運共同體理念。

真正的創(chuàng)新，不僅是技術(shù)的突破，更是精神的傳承。這座位于沙漠中的實驗堆，猶如一盞明燈，既照亮中國能源安全的未來，也映照著一代代科學(xué)家的赤子之心。（“學(xué)習(xí)強國”記者魏敏）