世界唯一建成并運(yùn)行的熔鹽堆第四代核能系統(tǒng)——熱功率兩兆瓦的液態(tài)燃料釷基熔鹽（TMSR）實(shí)驗堆，已在甘肅武威加釷運(yùn)行，并于去年10月通過中國科學(xué)院組織的綜合績效評價。目前，團(tuán)隊正與國內(nèi)核能企業(yè)開展合作推動工業(yè)化，而上海也將成為釷基熔鹽堆供應(yīng)鏈的主陣地。
在日前舉行的中國科學(xué)院上海分院第十一期“報國講壇”上，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所學(xué)術(shù)委員會主任、釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)技術(shù)總體組負(fù)責(zé)人徐洪杰研究員透露，因其性能優(yōu)異，熔鹽堆的全球研發(fā)熱潮持續(xù)高漲，而“中國在這一領(lǐng)域已走在了世界前沿”。
在“核的領(lǐng)域”沒有“短平快”捷徑可走
15年執(zhí)著，建成了上海第一個大科學(xué)裝置“上海光源”；16年拓荒，建成了迄今世界唯一運(yùn)行的釷基熔鹽堆。今年恰滿70歲的徐洪杰說，在“核的領(lǐng)域”，沒有“短平快”的捷徑可走，“要在這個領(lǐng)域做成事，必須有定力，準(zhǔn)備好二三十年就做一件事”。
從技術(shù)角度看，熔鹽堆具有失效安全、無水冷卻、高溫輸出、常壓工作等優(yōu)異性能，而且只有它可實(shí)現(xiàn)釷鈾循環(huán)高效利用。
中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所原名“原子核研究所”，簡稱“核所”，在核物理及工程技術(shù)領(lǐng)域有著深厚積累。上世紀(jì)70年代，從上海起步的中國核電工程“728工程”最初目標(biāo)就是研發(fā)25兆瓦釷基熔鹽堆，1971年核所建成了熔鹽（冷態(tài)）零功率堆。
“這可以說是一個跨越了半個世紀(jì)的核能‘中國夢’。”徐洪杰介紹，中國是一個富釷的國家，釷資源可供核能發(fā)電用上幾萬年，“如果釷基熔鹽堆能夠推廣，將有望助力中國實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立”。
本世紀(jì)初，核能的研發(fā)熱潮再次興起。2009年，上海光源剛竣工，中國科學(xué)院從國家重大戰(zhàn)略需求出發(fā)，決定“無中生有”發(fā)展先進(jìn)的裂變核能。當(dāng)時，院領(lǐng)導(dǎo)希望徐洪杰能夠提出選題并領(lǐng)銜項目。“既然國家需要，我必竭盡所能。”正當(dāng)上海光源如日中天之時，徐洪杰卻從熱鬧的光源舞臺離開了。2009年底，上海應(yīng)物所正式提出要研制釷基熔鹽堆——又一場幾乎“從零開始”的拓荒開始了。
強(qiáng)者“可原諒的錯誤”就是我們趕超的機(jī)會
在報告會上，徐洪杰提到了一個盡人皆知的故事——龜兔賽跑。
“兔子總有犯錯、偷懶的時候，這就是烏龜跑贏的機(jī)會。”徐洪杰坦言，美國在核技術(shù)領(lǐng)域的積累遠(yuǎn)超世界上的任何一個國家，但中國只要錨定目標(biāo)，就一定可以找到趕超的機(jī)會，釷基熔鹽堆就是這樣一個機(jī)會。
美國于上世紀(jì)70年代放棄發(fā)展熔鹽堆，并將所有研發(fā)技術(shù)資料公開發(fā)布于網(wǎng)上，以待“后來有緣人”。
“其實(shí)，已有美國專家指出，當(dāng)年美國放棄發(fā)展熔鹽堆，是一個‘可原諒的錯誤’。”徐洪杰覺得，中國團(tuán)隊就是那個“有緣人”——不僅把每一篇文獻(xiàn)都讀透，還在實(shí)驗室里進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。“我們不僅掌握了文獻(xiàn)中提到的所有技術(shù)，還進(jìn)行了二次創(chuàng)新。”
然而，真正要造出釷基熔鹽堆，仍有大量科學(xué)與技術(shù)難題需要攻克。為此，徐洪杰首先做的是組建隊伍，“我們在短短兩年內(nèi)，大量招兵買馬，從幾十人拓展到三四百人，然后‘干中學(xué)、學(xué)中干’”。
從建設(shè)能力平臺到“從零開始”研發(fā)新材料、新技術(shù)，“我們創(chuàng)造的‘世界第一’‘國際領(lǐng)先’‘填補(bǔ)空白’可以說不計其數(shù)。”徐洪杰說，如果只為科研“交差”，完全可以選擇更簡單的路線，但TMSR的目標(biāo)是工業(yè)應(yīng)用，因此他們必須選擇更難走的路。
那一天，恰巧是中國首顆氫彈成功的日子
“做核的人，要有一個自覺，”徐洪杰說到，盡管熔鹽堆的安全性遠(yuǎn)超現(xiàn)有技術(shù)，甚至可以建在人口稠密的城市中，“但在研發(fā)階段，還是應(yīng)該自覺去人煙稀少的地方。”
在甘肅武威的茫茫戈壁荒漠中，這支隊伍不發(fā)論文，也不申請任何獎項，埋頭八年多，建設(shè)2MWt液態(tài)燃料釷基熔鹽實(shí)驗堆。
工程建設(shè)階段，不少科研人員一年離家200多天，最多的達(dá)300多天，堅守在土建施工和設(shè)備安裝現(xiàn)場。為集中資源盡快建起實(shí)驗堆，整個占地千畝的園區(qū)，唯一新建的生活設(shè)施只有一個食堂。釷基熔鹽堆建設(shè)團(tuán)隊不畏艱苦、堅韌不拔、團(tuán)結(jié)奮斗，克服異地建設(shè)和自然條件惡劣等重重困難，同步推進(jìn)安審、土建、安裝、調(diào)試等多個條線工作。
終于，2023年10月11日11點(diǎn)08分，實(shí)驗堆首次臨界；2024年6月17日10點(diǎn)12分首次達(dá)到滿功率運(yùn)行——這標(biāo)志著我國擁有了世界上獨(dú)一無二的釷基熔鹽堆（釷鈾燃料循環(huán)）研究平臺。
“后來，我們注意到，57年前的同一天，中國第一枚氫彈爆炸成功。”徐洪杰說，可能是在冥冥中傳承著報國與奉獻(xiàn)的“兩彈一星”精神。此后他們又實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗堆加釷運(yùn)行，“我們終于走到了世界前沿”。
加速工業(yè)化，東西部聯(lián)動形成供應(yīng)鏈
如今，在深入開展釷基熔鹽堆科技研發(fā)的同時，他們正與國內(nèi)工業(yè)界開展緊密合作，加快推動釷基熔鹽堆的工業(yè)示范和應(yīng)用。“很多關(guān)鍵材料和技術(shù)，都是我們自主研發(fā)的，可以直接產(chǎn)業(yè)化，形成釷基熔鹽堆的供應(yīng)鏈。”徐洪杰認(rèn)為，只要釷基熔鹽堆的應(yīng)用市場打開，就能很快形成與之相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈。
“我們要真正落地西部，創(chuàng)立東西聯(lián)動的新模式。”徐洪杰提到，未來上海應(yīng)物所將聯(lián)合骨干企業(yè)共同構(gòu)建TMSR設(shè)計研發(fā)與主要裝備制造基地在上海、（涉核）實(shí)驗與示范應(yīng)用基地在甘肅的“東西聯(lián)動”創(chuàng)新布局，打造可以全覆蓋“一帶一路”區(qū)域的清潔高效能源系統(tǒng)，為國家能源安全和“雙碳”戰(zhàn)略提供有力支撐。
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