从上海到戈壁荒漠，他们跨越2000公里，16年拓荒第四代先进核能

科研人员在转运从钍基熔盐实验堆中取出的样品，送往实验室分析

“看到了！”钍裂变反应后的衰变产物——铀-233的阿尔法（α）峰出现在测量仪器屏幕上，一股兴奋与欣喜很快从能谱测量室传向整个钍基熔盐实验堆科技团队——在甘肃省武威市民勤县的戈壁荒漠中，我国在世界上率先实现了钍铀核燃料转换。

“这意味着核能发电不仅可以烧铀，烧钍也是可行的。”主导实验堆建设的中国科学院上海应用物理研究所所长、热功率2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆工程总经理和调试总指挥戴志敏难掩激动：整整16年，团队从“零”开始，从上海到荒漠，在一无所有的戈壁滩上为我国掌握第四代先进核能技术，探索开拓出一条可行之路。

5000多个日日夜夜，从最初的十几人到如今六七百人，这支世界一流团队让我国在新一代核能的熔盐堆领域走到了世界领先，实现了美国橡树岭实验室曾经放弃的核能梦想。

从2兆瓦实验堆到10兆瓦研究堆，再到2035年建成百兆瓦级示范工程——一条可以走向“一带一路”的和平利用核能之路，正从这里通向未来。

从烧铀改烧钍，“核”亦可“和”

从武威东站下高铁，一路驱车驶过戈壁荒漠。近2小时车程后，在漠野与蓝天之间，出现了几座砖红色建筑——那就是钍基熔盐实验堆实验园区，也是上海应用物理所的武威园区。

中国科学院上海应用物理所武威园区、热功率2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆实验园区（上海应物所供图）

人们所熟悉的核反应堆大多依水而建，为何这座反应堆会建在戈壁中？戴志敏说，那是因为熔盐堆的运行不需要水，这一特点使内陆甚至沙漠地区也能用上安全稳定的核能。

早在上世纪70年代，中美两国就曾投入过熔盐堆的研发。从上海起步的中国核电“728工程”最初目标就是研发一座25兆瓦钍基熔盐堆。上海应物所的前身——原子核研究所承担了这一任务，于1971年建成了熔盐（冷态）零功率堆。

不过，当时全球民用核能选择了压水堆路线，美国此后放弃了橡树岭实验室发展到一半的熔盐堆技术，并将所有研发技术资料公开，以待“后来有缘人”。受限于当时的科技和工业能力，我国728工程也调整为秦山300兆瓦压水堆。

时光跨过半个世纪，核能的研发热潮再次兴起。

“到了第四代核能，熔盐堆成为六种主力堆型之一，它可无水运行、高温输出。”戴志敏解释说，在熔盐堆里，核燃料融化在高温融化的液态盐中进行反应。同时熔盐也是冷却剂，将核反应产生的大量热能传递出来，既可用于发电，也可提供高品质工业蒸汽。

戴志敏介绍钍基熔盐实验堆原理

而且，熔盐堆具有本征安全、常压工作的优点，可利用自然循环去除剩余热能，不会发生堆容器爆炸、核燃料泄露事件，有更强的防恐怖袭击和抵御自然灾害的能力。更值得一提的是，它还能把核燃料“烧干用尽”，将燃料利用率从三代堆的1%-2%提升到60%甚至80%以上。

“我国贫铀富钍，铀资源进口依赖度超过70%。”戴志敏算了一笔资源账：若反应堆以钍为燃料，则可让我国拥有“千年不愁”的用电底气。

由此可见，钍基核能技术研发成功，不仅能为中国突破能源瓶颈，还可出口到东南亚、印度、澳大利亚等钍资源丰富的国家，有望在全球缔造起和平的核能体系。

重启核能梦，“三无”起步百家克难

这是一个跨越半个世纪的核能“中国梦”。

2009年，中国科学院从国家重大战略需求出发，决定“无中生有”发展先进的裂变核能，院领导希望时任上海应物所所长的徐洪杰能够提出选题并领衔项目。

彼时，他主导建设的上海光源刚竣工，正如日中天。徐洪杰没有丝毫犹豫，离开了光源。2009年底，上海应物所正式提出要研制钍基熔盐堆。

2011年，中国科学院首批战略先导科技专项“钍基熔盐堆核能系统”启动。戴志敏、余笑寒、夏晓彬、邹杨……徐洪杰说动上海光源建设的一批核专业骨干“就近转行”，走上拓荒钍基核能的创业之路。

无技术、无条件、无团队，立项之初的“三无”困境没有难倒这群开拓者。

上海应物所嘉定园区中的钍基熔盐仿真堆

在上海应物所嘉定园区，他们搭建起一个小型仿真堆（不添加核燃料），建起一系列研发平台。他们不仅把每一篇能够查阅到的技术文献都读透，在实验室里复现，还进行了二次创新。

熔盐堆熔盐工艺系统负责人汤睿曾带着团队，按照美国文献重现核纯级氟盐制备的相关实验进行验证和工程放大。“随着研究深入，我们发现，他们技术报告上的参数与中国工业体系‘水土不服’。”他说，因为这个，团队吃了不少苦头，只能回过头来边做边摸索，终于开发出完全适用于我国工业体系的相关工艺、装备和系统集成技术。

“我们与科学院内外的上百家单位携手，形成了一支协同创新团队。”徐洪杰曾提到，从建设能力平台到研发新材料、新技术，团队创造出了不计其数的“世界第一”“国际领先”“填补空白”。最终，实验堆交出了一份“整体国产化率超过90%，关键核心设备100%国产化”的优异答卷。

熔盐堆内高温、强中子辐照、强熔盐腐蚀的运行环境，对堆用金属与核石墨材料性能提出了极高要求，材料性能直接关系反应堆的安全与寿命。

团队自主研发的GH3535合金

“统筹考虑工业应用和供应链保障，团队自立项初期便确立了‘两条腿’发展战略。”上海应物所材料研究部主任黄鹤飞回忆，他们一边通过进口保障初期实验需求，一边集中力量攻关国产化——项目团队与中国科学院金属所、山西煤化所以及国内制造企业密切合作，协力攻关，成功开发出高温镍基合金GH3535、超细孔径核石墨，并应用到工程上，由此构建起自主可控的供应链。

候鸟式“西迁”，荒漠中建起科研飞地

2011年的福岛核电站事故，让刚起步的钍基熔盐堆项目遭受到巨大压力。为了给实验堆选址，徐洪杰几乎跑遍了大半个中国，“尽管熔盐堆足够安全，今后可能建造在人口稠密的大城市中，但我们做核的人要有一点自觉，往人烟稀少的地方跑”。

从福建、江苏，到山东、青海……2017年，在中国科学院和甘肃省政府的支持下，实验堆找到了落脚点——距离民勤县城上百公里的戈壁荒漠。

钍基熔盐实验堆园区处于茫茫戈壁沙漠中（上海应物所提供）

“第一次来，看到这里除了沙子和梭梭草，什么都没有。”上海应物所党委书记李晴暖是一位江南女子，戈壁滩上火辣辣的太阳，将她的脸晒得通红。

为建设好这片2000公里外的科研飞地，科研人员从此如候鸟般往返于上海与戈壁间。一路飞机、火车、汽车，从上海来现场，单程就需要十几小时。多年来，实验堆副总工艺师金江几乎每次来现场，至少要住上一周，“我们尽量住在离现场更近的红沙岗，那里的旅店一晚能便宜30元”。

随着园区建设推进、实验堆建设的展开，他们驻守在戈壁荒漠的日子越来越长，许多骨干一年里有300多天都在驻场，武威园区几乎全年无休。为了解决一个难题，经常一整个团队几十人放弃节假日，甚至春节，留在现场加班加点……

令所有人印象深刻的，是一次突发的冻堵事件。2023年夏天，实验堆建设进入最关键的调试期，可管道中的熔盐意外冻结堵住了管道。戴志敏和骨干科研人员一起坚守一线，在温度高达45℃的设备间，经常一待就是几个小时。由于安全规定，他们连水都没法喝一口，一丝不苟地不放过冻堵处的每一丝异样。最终，问题解决，确保实验堆如期建成。

东西联动，构建钍基核能产供链

2023年10月11日，实验堆实现首次临界；2024年6月17日，首次实现满功率运行，热功率达到2兆瓦、堆出口温度650℃——57年前的同一天，中国第一枚氢弹爆炸成功。这或许是冥冥之中，“两弹一星”精神在钍基熔盐实验堆延续。

走进实验堆大楼，记者换上防护服，来到实验堆大厅。钍基熔盐堆采用独特的一体化设计，可将所有反应堆模块现场组装完成后，再吊装就位于地下十几米的堆舱中。此刻，实验堆已运行一年多。

2024年9月，实验堆取得世界首个实验堆加钍实验特许；10月完成世界上首次熔盐堆加钍实验——这代表我国在国际上率先建成熔盐堆和钍铀循环研究平台。

“目前为止，我们已经加入了约5公斤的钍燃料。”李晴暖介绍，他们先要将制备好的钍燃料装入特制的“胶囊”中，再通过长达十几米的管道，在高放射性环境下，以不到1毫米的误差，将它们一个个送进堆中指定区域，完成熔融和溶解。每加一个“胶囊”，需耗时2小时，实验需一次加注30多个胶囊，相当于60多个小时连轴转，还必须“零失误”。

科研人员将熔盐堆中取出的样品传送到相关实验室

“当年美国橡树岭实验室在这个环节经常失败，甚至出现好几起胶囊意外落入堆内，不得不停堆打捞的事件，但我们通过巧妙的机械连锁设计和数千次的操作协同性反复训练，至今保持着‘零失败’的纪录。”李晴暖告诉记者，加钍一年来，他们共加入了100多个胶囊，从堆中取样30多个胶囊，“未来我们的加钍量还要增大到几十公斤”。

走出实验堆大厅，站立在一望无际的戈壁滩。明年，就在实验堆旁的空地上，将兴建10兆瓦钍基熔盐研究堆。这将是一个大科学装置，为未来的钍基核能产业的技术研发、工艺验证提供研究平台。

“从钍基熔盐堆研发的第一天起，我们就在为它的工业化、商业化做打算。”戴志敏说，他们正与国内工业界紧密合作，加快推动钍基熔盐堆的工业示范和应用。一旦实现工业应用，钍基熔盐堆将可与高温制氢、风能、太阳能等相结合，形成多能互补、低碳复合的能源体系和化工体系。

“我们要创立东西联动的新模式。”戴志敏透露，未来上海应物所将联合骨干企业，共同构建钍基熔盐堆设计研发与主要装备制造基地在上海、涉核实验与示范应用基地在甘肃的“东西联动”创新布局，打造覆盖“一带一路”区域的清洁高效能源系统，为国家能源安全和“双碳”战略提供有力支撑。