科研人員在轉運從釷基熔鹽實驗堆中取出的樣品，送往實驗室分析

“看到了！”釷裂變反應后的衰變產物——鈾-233的阿爾法（α）峰出現在測量儀器屏幕上，一股興奮與欣喜很快從能譜測量室傳向整個釷基熔鹽實驗堆科技團隊——在甘肅省武威市民勤縣的戈壁荒漠中，我國在世界上率先實現了釷鈾核燃料轉換。

“這意味著核能發電不僅可以燒鈾，燒釷也是可行的。”主導實驗堆建設的中國科學院上海應用物理研究所所長、熱功率2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆工程總經理和調試總指揮戴志敏難掩激動：整整16年，團隊從“零”開始，從上海到荒漠，在一無所有的戈壁灘上為我國掌握第四代先進核能技術，探索開拓出一條可行之路。

5000多個日日夜夜，從最初的十幾人到如今六七百人，這支世界一流團隊讓我國在新一代核能的熔鹽堆領域走到了世界領先，實現了美國橡樹嶺實驗室曾經放棄的核能夢想。

從2兆瓦實驗堆到10兆瓦研究堆，再到2035年建成百兆瓦級示范工程——一條可以走向“一帶一路”的和平利用核能之路，正從這里通向未來。

從燒鈾改燒釷，“核”亦可“和”

從武威東站下高鐵，一路驅車駛過戈壁荒漠。近2小時車程后，在漠野與藍天之間，出現了幾座磚紅色建筑——那就是釷基熔鹽實驗堆實驗園區，也是上海應用物理所的武威園區。

中國科學院上海應用物理所武威園區、熱功率2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆實驗園區（上海應物所供圖）

人們所熟悉的核反應堆大多依水而建，為何這座反應堆會建在戈壁中？戴志敏說，那是因為熔鹽堆的運行不需要水，這一特點使內陸甚至沙漠地區也能用上安全穩定的核能。

早在上世紀70年代，中美兩國就曾投入過熔鹽堆的研發。從上海起步的中國核電“728工程”最初目標就是研發一座25兆瓦釷基熔鹽堆。上海應物所的前身——原子核研究所承擔了這一任務，于1971年建成了熔鹽（冷態）零功率堆。

不過，當時全球民用核能選擇了壓水堆路線，美國此后放棄了橡樹嶺實驗室發展到一半的熔鹽堆技術，并將所有研發技術資料公開，以待“后來有緣人”。受限于當時的科技和工業能力，我國728工程也調整為秦山300兆瓦壓水堆。

時光跨過半個世紀，核能的研發熱潮再次興起。

“到了第四代核能，熔鹽堆成為六種主力堆型之一，它可無水運行、高溫輸出。”戴志敏解釋說，在熔鹽堆里，核燃料融化在高溫融化的液態鹽中進行反應。同時熔鹽也是冷卻劑，將核反應產生的大量熱能傳遞出來，既可用于發電，也可提供高品質工業蒸汽。

戴志敏介紹釷基熔鹽實驗堆原理

而且，熔鹽堆具有本征安全、常壓工作的優點，可利用自然循環去除剩余熱能，不會發生堆容器爆炸、核燃料泄露事件，有更強的防恐怖襲擊和抵御自然災害的能力。更值得一提的是，它還能把核燃料“燒干用盡”，將燃料利用率從三代堆的1%-2%提升到60%甚至80%以上。

“我國貧鈾富釷，鈾資源進口依賴度超過70%。”戴志敏算了一筆資源賬：若反應堆以釷為燃料，則可讓我國擁有“千年不愁”的用電底氣。

由此可見，釷基核能技術研發成功，不僅能為中國突破能源瓶頸，還可出口到東南亞、印度、澳大利亞等釷資源豐富的國家，有望在全球締造起和平的核能體系。

重啟核能夢，“三無”起步百家克難

這是一個跨越半個世紀的核能“中國夢”。

2009年，中國科學院從國家重大戰略需求出發，決定“無中生有”發展先進的裂變核能，院領導希望時任上海應物所所長的徐洪杰能夠提出選題并領銜項目。

彼時，他主導建設的上海光源剛竣工，正如日中天。徐洪杰沒有絲毫猶豫，離開了光源。2009年底，上海應物所正式提出要研制釷基熔鹽堆。

2011年，中國科學院首批戰略先導科技專項“釷基熔鹽堆核能系統”啟動。戴志敏、余笑寒、夏曉彬、鄒楊……徐洪杰說動上海光源建設的一批核專業骨干“就近轉行”，走上拓荒釷基核能的創業之路。

無技術、無條件、無團隊，立項之初的“三無”困境沒有難倒這群開拓者。

上海應物所嘉定園區中的釷基熔鹽仿真堆

在上海應物所嘉定園區，他們搭建起一個小型仿真堆（不添加核燃料），建起一系列研發平臺。他們不僅把每一篇能夠查閱到的技術文獻都讀透，在實驗室里復現，還進行了二次創新。

熔鹽堆熔鹽工藝系統負責人湯睿曾帶著團隊，按照美國文獻重現核純級氟鹽制備的相關實驗進行驗證和工程放大。“隨著研究深入，我們發現，他們技術報告上的參數與中國工業體系‘水土不服’。”他說，因為這個，團隊吃了不少苦頭，只能回過頭來邊做邊摸索，終于開發出完全適用于我國工業體系的相關工藝、裝備和系統集成技術。

“我們與科學院內外的上百家單位攜手，形成了一支協同創新團隊。”徐洪杰曾提到，從建設能力平臺到研發新材料、新技術，團隊創造出了不計其數的“世界第一”“國際領先”“填補空白”。最終，實驗堆交出了一份“整體國產化率超過90%，關鍵核心設備100%國產化”的優異答卷。

熔鹽堆內高溫、強中子輻照、強熔鹽腐蝕的運行環境，對堆用金屬與核石墨材料性能提出了極高要求，材料性能直接關系反應堆的安全與壽命。

團隊自主研發的GH3535合金

“統籌考慮工業應用和供應鏈保障，團隊自立項初期便確立了‘兩條腿’發展戰略。”上海應物所材料研究部主任黃鶴飛回憶，他們一邊通過進口保障初期實驗需求，一邊集中力量攻關國產化——項目團隊與中國科學院金屬所、山西煤化所以及國內制造企業密切合作，協力攻關，成功開發出高溫鎳基合金GH3535、超細孔徑核石墨，并應用到工程上，由此構建起自主可控的供應鏈。

候鳥式“西遷”，荒漠中建起科研飛地

2011年的福島核電站事故，讓剛起步的釷基熔鹽堆項目遭受到巨大壓力。為了給實驗堆選址，徐洪杰幾乎跑遍了大半個中國，“盡管熔鹽堆足夠安全，今后可能建造在人口稠密的大城市中，但我們做核的人要有一點自覺，往人煙稀少的地方跑”。

從福建、江蘇，到山東、青海……2017年，在中國科學院和甘肅省政府的支持下，實驗堆找到了落腳點——距離民勤縣城上百公里的戈壁荒漠。

釷基熔鹽實驗堆園區處于茫茫戈壁沙漠中（上海應物所提供）

“第一次來，看到這里除了沙子和梭梭草，什么都沒有。”上海應物所黨委書記李晴暖是一位江南女子，戈壁灘上火辣辣的太陽，將她的臉曬得通紅。

為建設好這片2000公里外的科研飛地，科研人員從此如候鳥般往返于上海與戈壁間。一路飛機、火車、汽車，從上海來現場，單程就需要十幾小時。多年來，實驗堆副總工藝師金江幾乎每次來現場，至少要住上一周，“我們盡量住在離現場更近的紅沙崗，那里的旅店一晚能便宜30元”。

隨著園區建設推進、實驗堆建設的展開，他們駐守在戈壁荒漠的日子越來越長，許多骨干一年里有300多天都在駐場，武威園區幾乎全年無休。為了解決一個難題，經常一整個團隊幾十人放棄節假日，甚至春節，留在現場加班加點……

令所有人印象深刻的，是一次突發的凍堵事件。2023年夏天，實驗堆建設進入最關鍵的調試期，可管道中的熔鹽意外凍結堵住了管道。戴志敏和骨干科研人員一起堅守一線，在溫度高達45℃的設備間，經常一待就是幾個小時。由于安全規定，他們連水都沒法喝一口，一絲不茍地不放過凍堵處的每一絲異樣。最終，問題解決，確保實驗堆如期建成。

東西聯動，構建釷基核能產供鏈

2023年10月11日，實驗堆實現首次臨界；2024年6月17日，首次實現滿功率運行，熱功率達到2兆瓦、堆出口溫度650℃——57年前的同一天，中國第一枚氫彈爆炸成功。這或許是冥冥之中，“兩彈一星”精神在釷基熔鹽實驗堆延續。

走進實驗堆大樓，記者換上防護服，來到實驗堆大廳。釷基熔鹽堆采用獨特的一體化設計，可將所有反應堆模塊現場組裝完成后，再吊裝就位于地下十幾米的堆艙中。此刻，實驗堆已運行一年多。

2024年9月，實驗堆取得世界首個實驗堆加釷實驗特許；10月完成世界上首次熔鹽堆加釷實驗——這代表我國在國際上率先建成熔鹽堆和釷鈾循環研究平臺。

“目前為止，我們已經加入了約5公斤的釷燃料。”李晴暖介紹，他們先要將制備好的釷燃料裝入特制的“膠囊”中，再通過長達十幾米的管道，在高放射性環境下，以不到1毫米的誤差，將它們一個個送進堆中指定區域，完成熔融和溶解。每加一個“膠囊”，需耗時2小時，實驗需一次加注30多個膠囊，相當于60多個小時連軸轉，還必須“零失誤”。

科研人員將熔鹽堆中取出的樣品傳送到相關實驗室

“當年美國橡樹嶺實驗室在這個環節經常失敗，甚至出現好幾起膠囊意外落入堆內，不得不停堆打撈的事件，但我們通過巧妙的機械連鎖設計和數千次的操作協同性反復訓練，至今保持著‘零失敗’的紀錄。”李晴暖告訴記者，加釷一年來，他們共加入了100多個膠囊，從堆中取樣30多個膠囊，“未來我們的加釷量還要增大到幾十公斤”。

走出實驗堆大廳，站立在一望無際的戈壁灘。明年，就在實驗堆旁的空地上，將興建10兆瓦釷基熔鹽研究堆。這將是一個大科學裝置，為未來的釷基核能產業的技術研發、工藝驗證提供研究平臺。

“從釷基熔鹽堆研發的第一天起，我們就在為它的工業化、商業化做打算。”戴志敏說，他們正與國內工業界緊密合作，加快推動釷基熔鹽堆的工業示范和應用。一旦實現工業應用，釷基熔鹽堆將可與高溫制氫、風能、太陽能等相結合，形成多能互補、低碳復合的能源體系和化工體系。

“我們要創立東西聯動的新模式。”戴志敏透露，未來上海應物所將聯合骨干企業，共同構建釷基熔鹽堆設計研發與主要裝備制造基地在上海、涉核實驗與示范應用基地在甘肅的“東西聯動”創新布局，打造覆蓋“一帶一路”區域的清潔高效能源系統，為國家能源安全和“雙碳”戰略提供有力支撐。