核反应堆“血液卫士”科学家张根：独家深度专访揭秘核心防护技术

在核能行业中，有一群常被忽视的技术专家：他们不直接参与反应堆设计，却掌握着反应堆的服役寿命与安全稳定性。张根就是这样一位长期深耕核反应堆化学与材料腐蚀领域的“血液卫士”。

要连续多年跻身全球前2%顶尖科学家榜单，需要攻克哪些关键难题？张根及其团队主导建成了被鉴定为“国际领先水平”的高温工质化学与材料综合试验平台，并荣获中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖。相关成果已应用于全球首台商用超临界二氧化碳发电机组——“超碳一号”示范工程。

张根。（受访者供图）

“将科研成果从实验平台推向工程现场，从来不是百米冲刺，而是一场累计超过上万小时的耐力赛。”正值第十个全国科技工作者日，5月27日，张根在专访中坦言，每当看到自己的研究真正落地并驱动实际工程运行时，所有枯燥的坚守都获得了回报。从零基础起步，从理论模型走向工程实施，他用上万小时的持续投入，诠释了前沿基础研究背后那份甘于寂寞的初心与使命。

先来拆解那个形象的比喻——反应堆的“血液卫士”。如果把反应堆视为一个高效运转的有机体，那么在其内部循环流动的冷却剂与工作介质，就相当于它的“血液”。这些介质穿梭于堆芯、换热器、各类管道阀门及能量转换装置之间，承担热量传递与导出职责，保障整个反应堆平稳运行。传统的“血液”是水，而未来第四代反应堆的“血液”将更为多样化——可以是气体、液态金属、熔盐等。之所以将反应堆化学与材料腐蚀专业称为“血液卫士”，是因为这套“循环系统”的状态直接决定安全底线：工质运行是否稳定、结构材料能否与工质长期兼容，直接影响反应堆安全边界、设备寿命及整体能效。而张根团队的研究，正是全程守护这套关键系统的核心支撑。

许多人认为，反应堆化学与材料腐蚀研究属于“幕后工作”，不如堆芯物理那样引人注目。张根如何看待这种“配角”定位？在他看来，未来核能正朝着“更高效、更高温、更长寿命、更多元利用”的方向演进，高温气冷堆与先进能量转换系统正是这一趋势的重要载体。这类工程系统的实现需要反应堆物理、热工水力、结构设计、材料制备、设备集成与运行控制等多专业协同攻关。而他们专注的反应堆化学与材料腐蚀专业，聚焦工质与材料相互作用这一关键环节，主要围绕工质开展科学设计、实时监测、精准调控与智能诊断，解决工质状态把控、异常调节、提前预判等实际工程问题，是保障整套系统顺利推进的关键支撑。因此它绝非单纯的“配角”，而是先进核能工程中不可或缺的一环。一项前沿核能技术从理论探索到工程应用，周期往往极为漫长——尤其是第四代反应堆这类尖端领域，可能需要二十年甚至更长时间的深耕。这样的研究过程难免单调枯燥，但每当看到成果真正落地并投入实际运行，所有坚持便有了意义。这份事业需要沉下心来、耐得住寂寞，而能为核能发展筑牢安全与运行根基，正是持续前进的最大动力。

张根牵头建设的高温气态工质化学与材料综合试验平台，被专家鉴定为“国际领先水平”。从无到有、从弱到强，这个过程中最难忘的困难是什么？在开展研究之前，高温气态工质化学领域长期存在基础数据匮乏、试验手段缺失、工程验证能力不足等瓶颈。他和团队从零起步，逐项突破：首先集中攻克高温环境模拟、微量杂质控制、长期腐蚀验证等核心试验技术，补齐领域技术短板；继而主持搭建多工质综合试验平台，同步沉淀专利与各级行业标准，推动试验方法朝标准化、规范化方向发展，最终打造出国际领先的试验研究平台。

当研究成果应用于全球首台商用超临界二氧化碳发电机组“超碳一号”示范工程时，从实验室的“小样品”到工程现场的“大系统”，中间最大的技术跨越是什么？张根总结道，是从单一机理研究、短时小样试验，升级为全周期、可落地、可管控的工程化技术体系。实验室通常只在稳定环境下开展研究，而真正落地到“超碳一号”这类重大工程时，工况复杂度大幅提升。为此，团队完成了上万小时级别的长周期材料腐蚀考核，系统掌握了高温高压特殊工况下材料氧化、渗碳、性能退化的完整演化规律，并建立了专属工程数据库——材料选型不再依赖经验推测，而是由完整、真实、海量试验数据支撑。另一大关键跨越，是从“能做试验”到“能控系统”。以往研究更多聚焦材料是否可用，而他们通过微量杂质监测技术适配、自主研制工质净化原理样机，使超临界二氧化碳循环系统真正实现了可监测、可调控、可管理，补足了先进核能系统工程运行的核心短板。同时，针对超高温气冷堆未来发展需求，攻克了杂质控制阈值、系统升温路径等工程难题，并面向水、液、气多工质场景开发了表面强化工艺，落地到透平、主气阀等核心部件的工程验证中，真正把实验室技术转化成了装备可用、工程能用的可靠技术体系。

这里有一个很有挑战性的矛盾：杂质超标会加剧腐蚀，但过度纯化又可能引发材料脱碳。在“防腐蚀”与“保性能”之间找到平衡，如同走钢丝。张根团队是如何锁定那个“合理边界”的？首先，他们开展长周期材料相容性验证试验，针对不同堆型、运行温度和材料体系，持续进行长期工况模拟测试，完整掌握不同工质杂质含量、不同纯化程度下材料的腐蚀速率、脱碳规律及性能变化趋势。随后建立精细化的工质化学科学设计制度，结合反应堆实际运行工况，针对性地划定专属的工质化学控制窗口——精准界定出既能有效抑制材料腐蚀，又能避免材料脱碳、保障材料力学性能的安全区间。同时搭配实时监测与精准调控技术形成闭环保障：依托高灵敏度在线监测体系，实时捕捉工质状态的细微变化，再通过自主适配的净化设备和动态控制策略，根据杂质来源与生成速率实时调控净化流量。最终找到了兼顾设备安全防腐与材料性能稳定的最优平衡点。

作为科研骨干和团队负责人，张根在培养年轻人方面最看重什么？他一直坚持因材施教、扬长避短的原则。每个学生的思维特点、擅长方向各不相同，他要做的是结合每个人的优势与特质，针对性引导他们找准自己的科研方向，最大化发挥个人特长，让学生在自己适合的领域深耕成长。同时他始终告诉学生：一名优秀的科研工作者，最核心的品质首先是发自内心的热爱——只有真正热爱专业，才能在漫长枯燥的科研道路上沉得住气、坚持得下去；其次是专注投入——做科研最忌讳浮躁功利，选定方向就要脚踏实地深耕钻研；最后是自律精神——真正的科研突破，从来不是靠一时热情，而是靠长期稳定、持之以恒的积累。对科研人员而言，学术研究本身就是极具挑战的工作，很多成果只能靠挤占业余时间深入打磨。张根一直对自己和学生严格要求、以身作则，始终保持极致自律、勤恳深耕的科研习惯。

来源：互联网