引领全球熔盐堆研究，上海科学家在戈壁滩创新纪录

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这是一个与核能有关的梦想。时间跨越半个世纪，空间跨越2000公里——从上海到甘肃省武威市民勤县红沙岗镇。

这是继“上海光源”之后，中国科学院上海应用物理研究所（简称“上海应物所”）日前创下的另一个大科学装置新纪录——全世界唯一建成运行的熔盐堆，首次实现钍铀燃料转换。

中国正在引领全球熔盐堆研究。《麻省理工科技评论》对此发出惊叹：“半个世纪前源自橡树岭的美国科学家们的梦想，正在几千英里外的中国实现。”

茫茫戈壁滩，见证了这一非凡历程。日前，解放日报记者前往甘肃武威现场采访，追寻那些闪耀并值得铭记的瞬间，以及背后“立体的人”。

【世界首个一体化堆本体】

甘肃武威，古诗词里的凉州。如今荒凉萧瑟的边塞景象早已不再，但地处腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠之间的红沙岗镇还是颇为地广人稀，面积仅比上海小500平方公里，人口只有1千余人。

目前的商用反应堆一般建在海边，因为需要大量的水来冷却。作为国际上正在发展的第四代先进核能系统，熔盐堆主要用熔盐冷却，这一特性使得它可以建在沙漠和戈壁。

熔盐堆究竟长啥样？

记者步入反应堆大厅，只见工作人员正忙着从熔盐堆取样。“我们在对熔盐堆‘体检’，以评估它的运行状态。”上海应物所党委书记、副所长李晴暖在现场告诉记者。

钍基熔盐实验堆堆厂房大厅。

熔盐堆就在大厅灰色地板下14米深处，离线总装好的堆本体，3年前从21米高的大厅顶端吊下来一次性落位，创造了国际上首次整体吊装堆本体的纪录。这得益于世界首个一体化堆本体的创新设计，可以通过公路运输、现场直接安装，也大大降低了成本和工期。

钍基熔盐实验堆堆本体吊装。

不同于大多需在高压下工作的核反应堆，熔盐堆在常压下工作，从根本上避免了高压爆炸的可能性，具有突出的安全特性。万一发生问题，地底下带有核燃料的熔盐会自动流到应急罐，核反应会立即终止，无需外部干预。熔盐堆冷却后就是个难以溶解的大盐块，不会扩散，更不会对生物圈造成影响。

“我们对熔盐堆核辐射的监测全年无休，24小时在线实时监测。”核与辐射安全技术部主任蔡军说。他胸前佩戴着记录个人核辐射的热释光剂量计，由第三方机构测量读取，具有法律效力，进入反应堆大厅的工作人员则佩戴核辐射剂量实时报警仪。“实验堆周边的核辐射基本处于本底水平，也就是人类在自然环境中接触到的天然辐射水平。”

记录个人核辐射的热释光剂量计。黄海华 摄

熔盐堆“饿了”怎么办？“不用担心，这一炉燃料可以烧10年，只是根据实验情况添加少量铀或钍。补充燃料时，常规的水堆要把‘盖子’全部揭开，而熔盐堆只需把燃料制成‘胶囊’，再将其置于熔盐液面之下，处理方法简单。”李晴暖说。

【整体国产化率超过90%】

在众多能源中，核能的能量密度高，碳排放最小，不受季节和时间影响，已成为大多数工业国主要的电力来源。大规模发展核能是全球趋势，核聚变尚处于研究实验阶段，核裂变早已实现商业化成熟应用，但解决核燃料供应问题迫在眉睫。大自然中仅有铀-235可直接用来做核燃料，但其在铀中的占比只有0.7%。全球已探明可开采的铀总量为790万吨，如果仅利用铀-235，只能供给不到100年。我国的铀资源匮乏，进口依赖度超过70%。

能否换一个思路？诺贝尔物理学奖得主卡罗·卢比亚曾说过，钍资源可以保证中国2万年的电力需求。我国的钍资源储量居世界前列，通过钍铀循环可以生成铀-233，形成核裂变释放出大量能量。

于是，钍基熔盐堆成为具有中国特色的选择。

2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆模型。黄海华 摄

只有自己掌握了技术，才不会受制于人。在这样的共识下，熔盐堆整体国产化率超过90%，关键核心设备100%国产化，供应链自主可控，基本形成钍基熔盐堆技术产业链的雏形。

“兵马未动，粮草先行。材料就是‘粮草’。”材料研究部主任黄鹤飞表示，镍基合金与核石墨作为熔盐堆关键材料，其性能直接决定反应堆安全与寿命。立项时，此类材料国际上仅少数企业能生产，国内几近空白。团队通过与中国科学院金属所、山西煤化所以及国内制造企业协同攻关，最终实现高温镍基合金GH3535及超细孔径核石墨的国产化开发，构建起自主可控供应链。

熔盐堆很多设备需要焊接，焊缝的质量决定了熔盐堆的可靠性和服役寿命。“过去只有美国能生产的高温镍基合金焊丝，如今也已实现国产化。”熔盐机械工程技术部主任李志军说。

材料长时间暴露于空气中，即使有一个微小的应力，也会导致材料变形。记者之前在上海应物所嘉定园区采访时，看到一个实验记录——截至2025年10月22日已对熔盐堆材料的某一力学指标连续监测了56011个小时，相当于6年多。“我们已累积全世界最长时间的熔盐堆材料力学性能数据，这才有底气做各种设计上的创新。”黄鹤飞说。

【为国家需求一次次“转身”】

上海应物所所长戴志敏至今清楚记得，第一次听到熔盐堆项目的日子。时任所长徐洪杰找他谈话，这是一个全新领域，可能一做就是几十年。戴志敏当场表示愿意加入。

上海应物所所长戴志敏。黄海华 摄

那天正是2009年5月6日，上海光源首批线站向用户开放的日子。这一决定于两人而言都不容易。

这是徐洪杰的第二次“转身”。1995年筹建上海光源，他从熟悉的原子物理领域转向同步辐射光源，带领团队历时15年建成国际领先的上海光源，创造了52个月建成同类装置的世界纪录。

上海应物所前所长徐洪杰。

上海光源从破土动工到出光仅用3年差6小时，这一世界纪录正是戴志敏团队创造的。这一次，他同样面临“转身”。这位说话时始终面带微笑的科学家，几乎每年从上海往返熔盐堆几十趟。

受命于国家需求之际，将个人研究轨迹与其紧密相连，于他们而言是再自然不过的选择。在他们的身后，是从零起步的全球最大钍基熔盐堆研发队伍。

还有一段往事值得一提——我国的核电起源于“728”工程，上海应物所的前身上海原子核所是“728”工程的主要建设单位。鲜为人知的是，该工程首个目标正是熔盐堆，1971年建成熔盐（冷态）零功率堆研究装置后，囿于当时的科技水平被搁置。

跨越50载的梦想，正在延续。

【“候鸟式”生活成为常态】

科技创新从来都需要勇气和魄力。

徐洪杰牵头规划了熔盐堆的“三步走”路线图，2兆瓦实验堆只是第一步，下一步是建成30兆瓦研究堆、再建成百兆瓦示范堆，实现高效发电。

受日本福岛核泄漏事故的影响，实验堆选址几经周折。2017年11月，钍基熔盐实验堆选址我国核科学研究“发源地”之一的甘肃，未来可因地制宜与太阳能、风能、煤气油化工等产业深度融合，为我国能源安全提供全新解决方案。

位于茫茫戈壁滩的钍基熔盐实验堆基地。

钍铀燃料转换需在高温环境中持续进行，而熔盐在高温下腐蚀性极强，这是一道世界性难题。科研团队经过一次次努力，掌握了燃料盐去杂质等腐蚀控制技术。

燃料“胶囊”经过十几米长的管道被投放到熔盐堆液面之下，精度要求控制在1毫米。“我们已加注、取样160多个胶囊，至今零失误。这是我们年轻人成百上千次训练的结果。美国橡树岭当年经常卡在这一环节，每次都不得不停堆。”李晴暖说。

同样地，作为熔盐堆的“神经中枢”，仪控系统从调试起5年来没发生过任何故障。一次，一台设备不得不在室外过夜，但其温度要求不得低于0℃。当晚，除了对设备加热保温，仪控工程技术部科研人员在附近简陋工棚中待了一晚上，一直关注着该设备的“冷暖”。

当往返上海和甘肃的“候鸟式”生活成为常态，上海应物所人没有抱怨。仅2023年驻场超过100天的就有100余人，超过200天的20余人，最长达294天。去年6月动车通到武威，交通便捷了许多。而在那之前，凌晨四五点从上海家中醒来，最快也要傍晚才能辗转抵达民勤县。

上海应物所人不会忘记，在实验堆建设的关键时刻，熔盐管道突发冻堵，大家一同坚守在45℃的现场，众志成城解决了问题。

上海应物所人亦不会忘记，今年1月8日徐洪杰最后一次来实验堆现场，70岁的他在上海每周都要开会推动钍基熔盐堆的发展，声音洪亮连续讲两三个小时，最后一次开会是9月12日，也就是他骤然离世的前两天。

事业虽未竟，但戈壁滩上已种下一颗核能的“种子”，来日必长成郁郁葱葱的“参天大树”。

原标题：《引领全球熔盐堆研究，上海科学家在戈壁滩创新纪录》

本文作者：解放日报 黄海华

图片来源：除署名图片，由受访单位提供