研究人员将从钍基熔盐实验反应堆中采集的样本带到实验室进行分析。 “看！”钍裂变反应的衰变产物——铀
研究人员将从钍基熔盐实验反应堆中采集的样本带到实验室进行分析。 “看！”钍裂变反应后的衰变产物铀233的α（α）峰出现在测量仪器的屏幕上。一股兴奋和喜悦的浪潮迅速从光谱能量测量室蔓延到整个钍基实验堆技术团队。在甘肃省武威民勤县的戈壁滩上，我国在世界上率先实现了钍铀核燃料的转化。 “这意味着核发电不仅可以燃烧铀，还可以燃烧钍。”戴志民，实验堆建设牵头单位、中科院上海应用物理研究所所长、熔盐火电2兆瓦液体燃料实验堆总经理、组长，来自上海Ghai to Desyer 先进的核能技术为我国在戈壁沙漠探索开辟了一条可行的道路。 5000多个日日夜夜，从最初的十几个人到如今的六七百人，这支遍布全球的团队让我国成为新一代核能熔盐堆领域的世界领先者，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100兆瓦示范工程，一条通往“一带一路”的和平核能之路正在从这里通向未来。从烧铀到烧钍，“核”也可以是“团结”。在武威东站下高铁，驾车穿越戈壁滩。大约2个小时的车程后，沙漠沙漠和蓝天之间出现了几座红色的建筑——那是是，钍基熔盐实验堆实验园区，也是上海应用物理研究所武威园区。中国科学院上海应用物理研究所武威园区，2MW液体燃料钍基熔盐热动力实验堆实验园（上海物理研究所供图） 人们熟悉的核反应堆大多建在水上。为什么这个反应堆建在戈壁上？戴志民表示，这是因为熔盐反应堆的运行不需要水。这一特性使得核能可以在陆地甚至沙漠地区使用安全稳定。早在20世纪70年代，中美两国就投入熔盐堆的研发。中国核电“728工程”在上海启动，最初目标是建造一座25兆瓦钍基熔盐堆。中国科学院原子核研究所中国科学院上海物理研究所的前身承担了这项工作，并于1971年建造了熔盐（冷）零功率反应堆。然而，当时世界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尚未开发完毕的熔盐反应堆技术，并将所有技术研发信息公开给“那些以后打算这样做的人”。受限于当时的技术和工业能力，我国728工程也适用于秦山300兆瓦压水堆。半个世纪过去了，核能研发热情再度高涨。 “在第四代核能中，熔盐反应堆已成为六种主要反应堆类型之一。它们可以在没有水的情况下运行并产生高温输出。”戴志民解释，在熔盐反应堆中，核燃料被溶解在高温下熔化的液态盐中进行反应。同时，熔盐还是冷却剂，可以传递核反应产生的大量热能，可用于发电和提供高质量的工业蒸汽。戴志民还介绍了钍基熔盐实验堆的原理，熔盐堆具有本质安全、常压运行的优点。可利用自然循环排除余热，不会发生反应堆容器爆炸或燃料泄漏。具有更强的防范恐怖袭击和抵御自然灾害的能力。更值得一提的是，它还可以“燃烧”燃料，使燃料利用率从三代堆的1%-2%提高到60%甚至80%以上。 “我国铀消费富含钍，铀资源进口依赖度已超过70%。”戴志米算了一笔账的来源：如果反应堆使用钍作为燃料，我国就有底气用电“一千年”。可见，钍基核技术的研发成功，不仅将为我国突破能源瓶颈，还将出口到东南亚、印度、澳大利亚等钍资源丰富的国家，有望在全球打造和平的核能体系。重启核能梦想，从“三无”开始，攻坚克难。这是一个跨越半个世纪的核能“中国梦”。 2009年，中国科学院根据国家重大战略需求，决定“无中生有”发展先进裂变核能。期待NG院领导、上海物理所所长徐洪杰能够提出课题并牵头该项目。当时，上海他主导建造的i光源已经完工，正处于巅峰状态。徐宏杰毫不犹豫地离开了光源。 2009年底，上海材料科学技术研究院正式提出研制钍基熔盐堆。 2011年，中国科学院启动了首批战略性先导科技项目“钍基熔盐堆核能系统”。戴志民、于小寒、夏晓斌、邹阳……徐洪杰从上海光源建设招募了一批核专业骨干“就近转行”，走上了核基核能先锋的创业之路。无技术、无条件、无团队，项目之初的“三无”困境并没有难倒这群开拓者。上海科学技术学院嘉定园区钍基熔盐模拟堆。位于嘉定公园内上海科学技术研究院，他们建造了一个小型模拟反应堆（不添加核燃料）并建立了一系列研发平台。他们不仅彻底阅读了他们可以访问的所有技术文档，在实验室中复制它，还创造了第二项创新。熔盐堆熔盐工艺系统负责人唐锐带领团队根据美国文献，重现核级氟化盐相关制备实验a，开展验证强化工程。 “随着研究的深入，我们发现他们技术报告中的参数并不适合中国的工业体系。”他表示，正因为如此，团队吃尽了苦头，只能边做边回去摸索，最终研发出了完全适合我国工业体系的相关工艺、设备和系统集成技术。 “我们加入徐洪杰曾表示，以新材料、新技术开发能力为平台，团队创造了无数“世界第一”、“国际领先”，“填补了国内空白”，最终提供的实验堆“整体国产化率超过90%，主要核心设备100%国产化”。熔盐反应堆中的辐照、强熔盐腐蚀对金属反应堆和石墨核材料的性能提出了非常高的要求，材料性能直接关系到反应堆的安全和寿命，“考虑到工业应用和供应链保障，团队一开始就制定了‘两条腿’的发展策略。上海材料研究所材料研究部主任黄合飞回忆道，他们通过进口保证了初期实验需求，同时注重大量攻关和国产化——项目组与中科院冶金研究所、山西煤炭化学研究所以及国内制造公司密切合作，共同攻关，成功研制出基于GH3535和超细孔核石墨的高温材料，并应用于工程化，从而构建了一个独立自主的、可控供应链 候鸟“西迁”，科研飞地建在沙漠中“足够安全，未来可以建在人口非常多的大城市，核工作者应该提高一点意识，去凉快的地方。”从福建、江苏到山东、青海……2017年，在中科院和甘肃省政府的支持下，实验堆找到了落脚点——距离民勤县数百公里的戈壁滩。钍基熔盐实验堆园区坐落在广阔的戈壁滩上（为核电提供了良好的条件）。 “第一次来的时候，除了沙子和梭梭，什么都没有。”上海化工学院书记李庆暖是一位江南女子，戈壁滩上的烈日让她的脸红了，科研人员像候鸟一样往返于上海和戈壁之间，从上海坐飞机、火车、汽车需要十几个小时才能到达现场。据了解，实验堆副总工程师金江几乎每次都在现场停留至少一周。 “我们尽量住在红沙岗，距离工地较近，酒店每晚便宜30元。”随着公园建设的进展和实验反应堆的建设开始，戈壁滩上的白天越来越长。许多骨干一年放置300多天，武威公园几乎全年开放。为了解决一个问题，几十人的团队经常放弃假期甚至春节，留在现场加班……让大家印象深刻的是一场突如其来的冰冻事件。 2023年夏天，实验堆建设进入调试的最关键时期，但管道中的熔盐却意外结冰，堵塞了管道。戴志敏坚守在基础科研第一线，经常呆在有温度的设备室里高达 45°C 的温度持续数小时。因为安全规定，他们连一口水都不能喝，而且还挑剔不放过任何一个冰冻堵塞的异常情况。最终问题得到解决，保证了实验堆如期竣工。连接东西方，构建钍基核能生产供应链。 2023年10月11日，实验者首次实现反应堆临界； 2024年6月17日，首次实现满功率运行，火功率2兆瓦，反应堆出口温度650℃——57年前的同一天，中国第一颗氢弹爆炸成功。这或许是因为钍基熔盐实验堆始终坚持着“两弹一星”的精神。进入反应堆实验大楼，记者穿上防护服，到达反应堆实验反应堆。钍基熔体盐反应器采用独特的一体化设计。所有反应堆模块在现场组装完毕后，可吊装至地下十多米的反应堆舱内。至此，实验堆已经运行一年多了。 2024年9月，实验堆获得世界第一座实验钍反应堆； 10月，世界首个钍浓缩实验完成——这意味着我国在世界上第一个建成熔盐堆和钍铀循环研究平台。 “到目前为止，我们已经添加了大约5公斤钍燃料。”李青暖说，他们首先将准备好的钍燃料装进特制的“胶囊”中，然后在高放射性环境下，通过十几米长的管道，将它们一一送到指定堆放区域，误差小于1毫米，完成熔化溶解。每次添加一粒“胶囊”需要2个小时。需要进行实验一次添加30多粒胶囊，相当于连续运转60多个小时，应该是“零失误”。研究人员将从熔盐堆中采集的样本转移到相关实验室。 “当时美国橡树岭实验室经常在这个环节出现故障，多次发生胶囊不小心掉入堆中而不得不关闭保存的事件。但通过巧妙的机械联锁设计和上千次操作协调的反复训练，保持了‘零故障’的记录。”李青暖告诉记者，一年来，他们新增了100多个胶囊，并从堆里取样了30多个胶囊。 “未来，我们的钍添加量将增加到数十公斤。”情况变得更糟当你离开反应堆的实验反应堆时，你站在一望无际的戈壁沙漠中。明年将建成10兆瓦钍基熔盐研究堆实验反应堆旁边的空地上。它将是一个大型科学装置，将为未来钍基能源产业的技术研发和工艺验证提供研究平台。 “从钍基熔盐堆研发的第一天起，我们就一直在规划产业化和商业化。”戴志民表示，他们正在与国内产业界密切合作，加快推进钍基熔盐堆的工业示范和应用。一旦实现工业化应用，钍基熔盐堆将融入高温制氢、风能、太阳能等领域，构建多能互补、低碳复合的能源体系和化工体系。 “我们希望创造东西方联动的新模式。”戴志民宣布，未来上海化工研究院将与各大企业共同打造创新布局上海东西部制造基地、甘肃核电实验示范应用基地，构建覆盖“一带一路”地区的清洁高效能源体系，有力支撑国家能源安全和“双碳”战略。
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