专访科学家张根：核反应堆的“血液卫士”｜封面人物

在核工业领域，有这样一群“默默无闻”的人：他们不直接设计反应堆，却决定着反应堆能“活”多久，能否安全运行。张根正是这样一位长期扎根核反应堆化学与材料腐蚀领域的“血液卫士”。

要成为一个连续多年入选全球前2%顶尖科学家的学者，需要完成哪些挑战？张根与团队牵头建立“国际领先水平”高温工质化学与材料综合试验平台，荣获中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖。其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。

张根。（受访者供图）

“科研成果从实验室走向工程应用，往往不是短跑，而是一场跨越上万小时的马拉松。”今天是第十个全国科技工作者日，5月27日，张根在接受专访时表示，每当看到自己的研究成果真正落地、投入实际应用，所有的坚持就都有了意义。从无到有，从理论研究到工程落地，他用上万小时的坚守，诠释了前沿基础研究背后那份甘于寂寞的初心与使命。

先来聊聊那个生动的比喻——反应堆的“血液卫士”。如果把反应堆比作一个高效运转的生命体，那么在系统中循环流动的冷却剂和工质，就如同它的“血液”。它们穿梭在堆芯、换热器、各类管道阀门以及能量转换设备之间，承担传递、导出热量，保障整座反应堆平稳运转的重要任务。传统的“血液”是水，未来第四代反应堆的“血液”将更加多元，既可以是气体，也可以是液态金属、熔盐等。之所以将反应堆化学与材料腐蚀专业称作“血液卫士”，是因为这套“血液系统”的状态至关重要：工质运行是否稳定、结构材料能否和工质长期兼容，直接决定着反应堆的安全底线、设备使用寿命与整体运行效率。而张根团队的研究，全程守护着这套关键系统。

很多人觉得，反应堆化学与材料腐蚀研究属于“幕后”工作，不像堆芯物理那样“显眼”。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、更长寿命和更多元利用”的方向发展，高温气冷堆和先进能量转换系统正是支撑这一趋势的重要方向。这一工程系统的落地实现，需要反应堆物理、热工水力、结构设计、材料制造、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、精准调控和智能诊断，解决工质状态把控、异常调节、提前预判等一系列实际问题，是保障整套工程顺利推进的重要支撑。因此它并不是单纯的“配角”，反而是整个先进核能工程里不可或缺的关键一环。一项前沿核能技术从理论研究到工程应用，周期往往十分漫长，特别是像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深耕。这样漫长的研究过程难免会有枯燥的时候，但每当看到自己的研究成果真正落地、投入实际应用，所有的坚持就都有了意义。这份事业需要沉下心、耐住寂寞，而能为核能发展筑牢安全与运行的根基，就是坚持下去最大的动力。

张根牵头建立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，这个过程最难忘的困难是什么？在开展研究前，高温气态工质化学领域长期存在基础数据不足、试验手段缺乏、工程应用验证能力有限等问题。他和团队从零起步，逐项突破。首先集中力量攻坚突破高温环境模拟、微量杂质控制、长期腐蚀验证等核心试验技术，补齐领域核心技术短板。其次主持搭建多工质综合试验平台，同时沉淀专利、各级行业标准，推动试验方法向标准化、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？张根总结说，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。实验室里更多是在稳定环境下进行研究，而真正落地到“超碳一号”这类重要工程中时，情况更为复杂。为此，团队完成了上万小时级别的长周期材料腐蚀考核，系统摸清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，建立了专属工程数据库，让材料选型不再依靠经验推测，而是有完整、真实、海量的试验数据做支撑。另一大关键跨越，是实现了从“能做试验”到“能控系统”的突破。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，真正让超临界二氧化碳循环系统实现了可监测、可调控、可管理，补齐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关键难题，还面向水、液、气多工质场景开发了表面强化工艺，并落地到透平、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。

这里有个很有意思的矛盾：杂质超标会加剧腐蚀，但过度纯化又可能导致材料脱碳。在“防腐蚀”和“保性能”之间找平衡，就像走钢丝。张根和团队是如何找到那个“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，持续开展长期工况模拟测试，完整摸清不同工质杂质含量、不同纯化程度下，材料的腐蚀速率、脱碳规律以及性能变化趋势。随后建立精细化的工质化学科学化设计制度，结合反应堆的运行工况，针对性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，又能规避材料脱碳、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、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和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和特质，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，让学生在适合自己的领域深耕成长。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。对科研人员来说，学术研究本身就是极具挑战的工作，很多成果都只能靠挤业余时间深耕。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。