這是一個(gè)與核能有關(guān)的夢(mèng)想，時(shí)間跨越半個(gè)世紀(jì)，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(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所日前創(chuàng)下了一個(gè)大科學(xué)裝置新紀(jì)錄——全世界唯一建成運(yùn)行的熔鹽堆，首次實(shí)現(xiàn)釷鈾燃料轉(zhuǎn)換。

中國(guó)正在引領(lǐng)全球熔鹽堆研究?！堵槭±砉た萍荚u(píng)論》對(duì)此發(fā)出驚嘆：“半個(gè)世紀(jì)前源自橡樹嶺的美國(guó)科學(xué)家們的夢(mèng)想，正在幾千英里外的中國(guó)實(shí)現(xiàn)?！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(yīng)堆一般建在海邊，因?yàn)樾枰罅康乃畞砝鋮s。作為國(guó)際上正在發(fā)展的第四代先進(jìn)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(yīng)堆大廳，只見工作人員正忙著從熔鹽堆取樣。“我們?cè)趯?duì)熔鹽堆‘體檢’，以評(píng)估它的運(yùn)行狀態(tài)?！鄙虾?yīng)物所黨委書記、副所長(zhǎng)李晴暖在現(xiàn)場(chǎng)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(guó)際上首次整體吊裝堆本體的紀(jì)錄。這得益于世界首個(gè)一體化堆本體的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以通過公路運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)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(huì)自動(dòng)流到應(yīng)急罐，核反應(yīng)會(huì)立即終止，無需外部干預(yù)。熔鹽堆冷卻后就是個(gè)難以溶解的大鹽塊，不會(huì)擴(kuò)散，更不會(huì)對(duì)生物圈造成影響。

“我們對(duì)熔鹽堆核輻射的監(jiān)測(cè)全年無休，24小時(shí)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?！焙伺c輻射安全技術(shù)部主任蔡軍說。他胸前佩戴著記錄個(gè)人核輻射的熱釋光劑量計(jì)，由第三方機(jī)構(gòu)測(cè)量讀取，具有法律效力。進(jìn)入反應(yīng)堆大廳的工作人員則佩戴核輻射劑量實(shí)時(shí)報(bào)警儀。“實(shí)驗(yàn)堆周邊的核輻射基本處于本底水平，也就是人類在自然環(huán)境中接觸到的天然輻射水平。”

熔鹽堆“餓了”怎么辦？李晴暖解釋說：“不用擔(dān)心，這一爐燃料可以燒10年，只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況添加少量鈾或釷。補(bǔ)充燃料時(shí)，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(jiǎn)單?！?/p>

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(shí)間影響，已成為大多數(shù)工業(yè)國(guó)主要的電力來源。大規(guī)模發(fā)展核能是全球趨勢(shì)，核聚變尚處于研究實(shí)驗(yàn)階段，核裂變?cè)缫褜?shí)現(xiàn)商業(yè)化成熟應(yīng)用，但解決核燃料供應(yīng)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(guó)的鈾資源匱乏，進(jìn)口依賴度超過70%。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主卡羅·盧比亞曾說過，釷資源可以保證中國(guó)2萬年的電力需求。我國(guó)的釷資源儲(chǔ)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(guó)特色的選擇。

熔鹽堆整體國(guó)產(chǎn)化率超過90%，關(guān)鍵核心設(shè)備100%國(guó)產(chǎn)化，供應(yīng)鏈自主可控，基本形成釷基熔鹽堆技術(shù)產(chǎn)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(guān)鍵材料，其性能直接決定反應(yīng)堆安全與壽命。團(tuán)隊(duì)通過與中國(guó)科學(xué)院金屬所、山西煤化所以及國(guó)內(nèi)制造企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)高溫鎳基合金GH3535及超細(xì)孔徑核石墨的國(guó)產(chǎn)化開發(fā)，構(gòu)建起自主可控供應(yīng)鏈。

熔鹽堆很多設(shè)備需要焊接，焊縫的質(zhì)量決定了熔鹽堆的可靠性和服役壽命。過去只有美國(guó)能生產(chǎn)的高溫鎳基合金焊絲，如今也已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。材料長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中，即使有一個(gè)微小的應(yīng)力，也會(huì)導(dǎo)致材料變形。上海應(yīng)物所嘉定園區(qū)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄顯示，截至2025年10月22日已對(duì)熔鹽堆材料的某一力學(xué)指標(biāo)連續(xù)監(jiān)測(cè)了56011個(gè)小時(shí)，相當(dāng)于6年多?！拔覀円牙鄯e全世界最長(zhǎng)時(shí)間的熔鹽堆材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)，這才有底氣做各種設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新。”黃鶴飛說。

上海應(yīng)物所所長(zhǎng)戴志敏至今清楚記得第一次聽到熔鹽堆項(xiàng)目的日子。時(shí)任所長(zhǎng)徐洪杰找他談話，這是一個(gè)全新領(lǐng)域，可能一做就是幾十年。戴志敏當(dāng)場(chǎng)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(duì)他們而言都不容易。

這是徐洪杰的第二次“轉(zhuǎn)身”。1995年籌建上海光源，他從熟悉的原子物理領(lǐng)域轉(zhuǎn)向同步輻射光源，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)15年建成國(guó)際領(lǐng)先的上海光源，創(chuàng)造了52個(gè)月建成同類裝置的世界紀(jì)錄。上海光源從破土動(dòng)工到出光僅用3年差6小時(shí)，這一世界紀(jì)錄正是戴志敏團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的。這一次，他同樣面臨“轉(zhuǎn)身”。這位說話時(shí)始終面帶微笑的科學(xué)家，幾乎每年從上海往返熔鹽堆幾十趟。

受命于國(guó)家需求之際，將個(gè)人研究軌跡與其緊密相連，對(duì)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(duì)伍。還有一段往事值得一提——我國(guó)的核電起源于“728”工程，上海應(yīng)物所的前身上海原子核所是“728”工程的主要建設(shè)單位。鮮為人知的是，該工程首個(gè)目標(biāo)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(dāng)時(shí)的科技水平被擱置。

跨越50載的夢(mèng)想，正在延續(xù)。科技創(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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)高效發(fā)電。

受日本福島核泄漏事故的影響，實(shí)驗(yàn)堆選址幾經(jīng)周折。2017年11月，釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆選址我國(guó)核科學(xué)研究“發(fā)源地”之一的甘肅，未來可因地制宜與太陽(yáng)能、風(fēng)能、煤氣油化工等產(chǎn)業(yè)深度融合，為我國(guó)能源安全提供全新解決方案。

釷鈾燃料轉(zhuǎn)換需在高溫環(huán)境中持續(xù)進(jìn)行，而熔鹽在高溫下腐蝕性極強(qiáng)，這是一道世界性難題?？蒲袌F(tuán)隊(duì)經(jīng)過一次次努力，掌握了燃料鹽去雜質(zhì)等腐蝕控制技術(shù)。燃料“膠囊”經(jīng)過十幾米長(zhǎng)的管道被投放到熔鹽堆液面之下，精度要求控制在1毫米。“我們已加注、取樣160多個(gè)膠囊，至今零失誤。這是我們年輕人成百上千次訓(xùn)練的結(jié)果。美國(guó)橡樹嶺當(dāng)年經(jīng)?？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(jīng)中樞”，儀控系統(tǒng)從調(diào)試起5年來沒發(fā)生過任何故障。一次，一臺(tái)設(shè)備不得不在室外過夜，但其溫度要求不得低于0℃。當(dāng)晚，除了對(duì)設(shè)備加熱保溫，儀控工程技術(shù)部科研人員在附近簡(jiǎn)陋工棚中待了一晚上，一直關(guān)注著該設(shè)備的“冷暖”。

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

上海應(yīng)物所人不會(huì)忘記，在實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)刻，熔鹽管道突發(fā)凍堵，大家一同堅(jiān)守在45℃的現(xiàn)場(chǎng)，眾志成城解決了問題。上海應(yīng)物所人亦不會(huì)忘記，今年1月8日徐洪杰最后一次來實(shí)驗(yàn)堆現(xiàn)場(chǎng)，70歲的他在上海每周都要開會(huì)推動(dòng)釷基熔鹽堆的發(fā)展，聲音洪亮連續(xù)講兩三個(gè)小時(shí)，最后一次開會(huì)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(zhǎng)成郁郁蔥蔥的“參天大樹”。