這是一個與核能有關的夢想，時間跨越半個世紀，空間跨越2000公里，從上海到甘肅省武威市民勤縣紅沙崗鎮(zhèn)。中國科學院上海應用物理研究所日前創(chuàng)下了一個大科學裝置新紀錄——全世界唯一建成運行的熔鹽堆，首次實現釷鈾燃料轉換。

中國正在引領全球熔鹽堆研究?！堵槭±砉た萍荚u論》對此發(fā)出驚嘆：“半個世紀前源自橡樹嶺的美國科學家們的夢想，正在幾千英里外的中國實現?！泵Ｃ８瓯跒┮娮C了這一非凡歷程。甘肅武威地處騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠之間，地廣人稀，面積僅比上海小500平方公里，人口只有1千余人。

目前的商用反應堆一般建在海邊，因為需要大量的水來冷卻。作為國際上正在發(fā)展的第四代先進核能系統(tǒng)，熔鹽堆主要用熔鹽冷卻，這一特性使得它可以建在沙漠和戈壁。記者步入反應堆大廳，只見工作人員正忙著從熔鹽堆取樣?！拔覀冊趯θ埯}堆‘體檢’，以評估它的運行狀態(tài)。”上海應物所黨委書記、副所長李晴暖在現場表示。

熔鹽堆位于大廳灰色地板下14米深處，離線總裝好的堆本體三年前從21米高的大廳頂端吊下來一次性落位，創(chuàng)造了國際上首次整體吊裝堆本體的紀錄。這得益于世界首個一體化堆本體的創(chuàng)新設計，可以通過公路運輸、現場直接安裝，大大降低了成本和工期。

不同于大多需在高壓下工作的核反應堆，熔鹽堆在常壓下工作，從根本上避免了高壓爆炸的可能性，具有突出的安全特性。萬一發(fā)生問題，地底下帶有核燃料的熔鹽會自動流到應急罐，核反應會立即終止，無需外部干預。熔鹽堆冷卻后就是個難以溶解的大鹽塊，不會擴散，更不會對生物圈造成影響。

“我們對熔鹽堆核輻射的監(jiān)測全年無休，24小時在線實時監(jiān)測。”核與輻射安全技術部主任蔡軍說。他胸前佩戴著記錄個人核輻射的熱釋光劑量計，由第三方機構測量讀取，具有法律效力。進入反應堆大廳的工作人員則佩戴核輻射劑量實時報警儀?！皩嶒灦阎苓叺暮溯椛浠咎幱诒镜姿剑簿褪侨祟愒谧匀画h(huán)境中接觸到的天然輻射水平?！?/p>

熔鹽堆“餓了”怎么辦？李晴暖解釋說：“不用擔心，這一爐燃料可以燒10年，只是根據實驗情況添加少量鈾或釷。補充燃料時，常規(guī)的水堆要把‘蓋子’全部揭開，而熔鹽堆只需把燃料制成‘膠囊’，再將其置于熔鹽液面之下，處理方法簡單。”

在眾多能源中，核能的能量密度高，碳排放最小，不受季節(jié)和時間影響，已成為大多數工業(yè)國主要的電力來源。大規(guī)模發(fā)展核能是全球趨勢，核聚變尚處于研究實驗階段，核裂變早已實現商業(yè)化成熟應用，但解決核燃料供應問題迫在眉睫。大自然中僅有鈾-235可直接用來做核燃料，但其在鈾中的占比只有0.7%。全球已探明可開采的鈾總量為790萬噸，如果僅利用鈾-235，只能供給不到100年。我國的鈾資源匱乏，進口依賴度超過70%。

諾貝爾物理學獎得主卡羅·盧比亞曾說過，釷資源可以保證中國2萬年的電力需求。我國的釷資源儲量居世界前列，通過釷鈾循環(huán)可以生成鈾-233，形成核裂變釋放出大量能量。于是，釷基熔鹽堆成為具有中國特色的選擇。

熔鹽堆整體國產化率超過90%，關鍵核心設備100%國產化，供應鏈自主可控，基本形成釷基熔鹽堆技術產業(yè)鏈的雛形。材料研究部主任黃鶴飛表示，鎳基合金與核石墨作為熔鹽堆關鍵材料，其性能直接決定反應堆安全與壽命。團隊通過與中國科學院金屬所、山西煤化所以及國內制造企業(yè)協(xié)同攻關，最終實現高溫鎳基合金GH3535及超細孔徑核石墨的國產化開發(fā)，構建起自主可控供應鏈。

熔鹽堆很多設備需要焊接，焊縫的質量決定了熔鹽堆的可靠性和服役壽命。過去只有美國能生產的高溫鎳基合金焊絲，如今也已實現國產化。材料長時間暴露于空氣中，即使有一個微小的應力，也會導致材料變形。上海應物所嘉定園區(qū)的一個實驗記錄顯示，截至2025年10月22日已對熔鹽堆材料的某一力學指標連續(xù)監(jiān)測了56011個小時，相當于6年多?！拔覀円牙鄯e全世界最長時間的熔鹽堆材料力學性能數據，這才有底氣做各種設計上的創(chuàng)新?！秉S鶴飛說。

上海應物所所長戴志敏至今清楚記得第一次聽到熔鹽堆項目的日子。時任所長徐洪杰找他談話，這是一個全新領域，可能一做就是幾十年。戴志敏當場表示愿意加入。那天正是2009年5月6日，上海光源首批線站向用戶開放的日子。這一決定對他們而言都不容易。

這是徐洪杰的第二次“轉身”。1995年籌建上海光源，他從熟悉的原子物理領域轉向同步輻射光源，帶領團隊歷時15年建成國際領先的上海光源，創(chuàng)造了52個月建成同類裝置的世界紀錄。上海光源從破土動工到出光僅用3年差6小時，這一世界紀錄正是戴志敏團隊創(chuàng)造的。這一次，他同樣面臨“轉身”。這位說話時始終面帶微笑的科學家，幾乎每年從上海往返熔鹽堆幾十趟。

受命于國家需求之際，將個人研究軌跡與其緊密相連，對他們而言是再自然不過的選擇。在他們的身后，是從零起步的全球最大釷基熔鹽堆研發(fā)隊伍。還有一段往事值得一提——我國的核電起源于“728”工程，上海應物所的前身上海原子核所是“728”工程的主要建設單位。鮮為人知的是，該工程首個目標正是熔鹽堆，1971年建成熔鹽（冷態(tài)）零功率堆研究裝置后，囿于當時的科技水平被擱置。

跨越50載的夢想，正在延續(xù)?？萍紕?chuàng)新從來都需要勇氣和魄力。徐洪杰牽頭規(guī)劃了熔鹽堆的“三步走”路線圖，2兆瓦實驗堆只是第一步，下一步是建成30兆瓦研究堆、再建成百兆瓦示范堆，實現高效發(fā)電。

受日本福島核泄漏事故的影響，實驗堆選址幾經周折。2017年11月，釷基熔鹽實驗堆選址我國核科學研究“發(fā)源地”之一的甘肅，未來可因地制宜與太陽能、風能、煤氣油化工等產業(yè)深度融合，為我國能源安全提供全新解決方案。

釷鈾燃料轉換需在高溫環(huán)境中持續(xù)進行，而熔鹽在高溫下腐蝕性極強，這是一道世界性難題?？蒲袌F隊經過一次次努力，掌握了燃料鹽去雜質等腐蝕控制技術。燃料“膠囊”經過十幾米長的管道被投放到熔鹽堆液面之下，精度要求控制在1毫米?！拔覀円鸭幼ⅰ⑷?60多個膠囊，至今零失誤。這是我們年輕人成百上千次訓練的結果。美國橡樹嶺當年經?？ㄔ谶@一環(huán)節(jié)，每次都不得不停堆?！崩钋缗f。

同樣地，作為熔鹽堆的“神經中樞”，儀控系統(tǒng)從調試起5年來沒發(fā)生過任何故障。一次，一臺設備不得不在室外過夜，但其溫度要求不得低于0℃。當晚，除了對設備加熱保溫，儀控工程技術部科研人員在附近簡陋工棚中待了一晚上，一直關注著該設備的“冷暖”。

當往返上海和甘肅的“候鳥式”生活成為常態(tài)，上海應物所人沒有抱怨。僅2023年駐場超過100天的就有100余人，超過200天的20余人，最長達294天。去年6月動車通到武威，交通便捷了許多。而在那之前，凌晨四五點從上海家中醒來，最快也要傍晚才能輾轉抵達民勤縣。

上海應物所人不會忘記，在實驗堆建設的關鍵時刻，熔鹽管道突發(fā)凍堵，大家一同堅守在45℃的現場，眾志成城解決了問題。上海應物所人亦不會忘記，今年1月8日徐洪杰最后一次來實驗堆現場，70歲的他在上海每周都要開會推動釷基熔鹽堆的發(fā)展，聲音洪亮連續(xù)講兩三個小時，最后一次開會是9月12日，也就是他驟然離世的前兩天。

事業(yè)雖未竟，但戈壁灘上已種下一顆核能的“種子”，來日必長成郁郁蔥蔥的“參天大樹”。