最怕深夜来电的科学家张根：以反应堆化学筑牢核能安全｜封面人物

高温、高压、高流速、长周期——这些听起来并不具体的词，构成了张根日常科研工作中最熟悉的场景。还有那些低到以“百万分之一”计的痕微量杂质，它们流转于先进核能系统内部，如同系统的“血液”。肉眼看不见，却能决定材料能不能长期服役，设备能不能稳定运行，当然也关系着一套先进能源系统，到底能不能从实验室真正走向工程现场。

张根研究的，正是系统内部这些“看不见的血液”。

如果说说堆芯设计决定了一座反应堆的能量源头，热工水力设计决定了热量如何被高效导出和传递，那么工质化学与材料腐蚀研究，则是在系统长期运行中不断追问一个核心问题：怎样让这股能量安全、稳定、可持续地释放出来？这不是一个站在聚光灯下的专业，却是先进核能走向更高温、更高效率、更长寿命和更多元化利用过程中，绕不开的关键一环。

张根。（受访者供图）

“最怕深夜来电”

故事要从一台让他长时间“听不得电话响”的装置说起。那是一套用于高温高压、高流速气态工质的动态腐蚀试验装置，需要在650摄氏度、20兆帕的条件下，数千甚至上万小时地稳定运行。对普通人来说，这只是一组参数；对张根和团队而言，这意味着设备、材料、密封、流动、监测和控制系统，必须同时经受极端工况的考验。更难的是，这条路，在国内外几乎没有现成答案。

“调试期间最担心的是夜里接到电话，因为那就意味着装置运行出问题了——压力或温度掉了。”张根说。

电话一响，就得立刻赶到实验室查原因、修设备、重新调整参数。一次试验中断，往往意味着前面积累的运行状态要全部推倒重来。张根记得，有一次团队以为装置终于稳定了，可以安心休个短假，没想到假期刚过几天，故障电话又打了过来。类似的反复，持续了很长时间。

对张根来说，这段“听不得电话响”的经历，并不只是一次装置调试的辛苦记忆，而是他和团队近10年攻关高温工质化学与材料试验能力的一个缩影。只有让装置在极端条件下稳定运行，材料腐蚀数据才有意义；只有数据足够可靠，后续的材料选型、寿命评估、工质控制和工程应用才有底气。

无数次的深夜来电，从一台装置到一整套平台，张根和团队慢慢把“摸着石头过河”的探索，变成了能够支撑工程应用的试验能力，牵头建立了高温工质化学与材料综合试验平台。这个平台覆盖了超临界二氧化碳、惰性气体、液态金属、压水等多类工质环境，集化学、热工、载荷、流速、监测、控制与消弭于一体。经过专家组鉴定，一致认为其达到国际领先水平。平台背后，是一系列关键试验技术的突破：高温/超高温工质复杂环境模拟、痕微量杂质精准控制与测量、材料长期腐蚀验证、环境应力腐蚀评价、高流速动态腐蚀考核……这些词语听起来专业而遥远，却共同支撑着反应堆化学运行的安全。

照片右一为张根（受访者供图）

让材料经得住极境，让工质管得住风险

工程起步时，反应堆化学与材料腐蚀专业首先要回答一个最基础也最关键的问题：材料到底行不行？腐蚀裕量是多少？一种材料能否用于高温、高压、高流速、复杂的工质环境，不能只看常规性能指标，更要看它在真实服役环境中，能否经受住长期腐蚀、氧化、应力、流动和杂质共同作用的考验。材料一旦选错，影响的不只是某个部件，可能直接关系到整套系统的安全裕量、寿命边界和运行可靠性。

这也是张根和团队长期深耕的第一条主线。

在高温气态、液态金属工质方向，作为技术副总监的张根围绕材料与工质的相互作用开展系统研究，完成了数十种候选材料上万小时的长周期腐蚀性能考验，掌握了材料在高温/超高温环境中的氧化、渗碳、溶解腐蚀、应力腐蚀、动态腐蚀、腐蚀产物演化与材料性能退化规律，形成了关键材料的海量腐蚀试验数据库。对工程而言，这些数据不是简单的实验结果，而是材料能否入选、设备能否长期运行、工程设计能否落地的关键依据。

工程落地运行之后，反应堆化学与材料腐蚀专业还要继续回答另一个问题：系统能不能长期稳得住？真正进入工程系统后，工质状态并不是一成不变的。温度、压力、流速、杂质混入、应力叠加、腐蚀产物迁移、设备运行波动，都可能改变工质化学环境，反过来影响设备的服役状态。比如，杂质超标会加剧腐蚀，但过度纯化又可能带来材料脱碳等新的风险。一个看似简单的“工质控制”，背后其实是安全、寿命、性能和运行效率之间的动态平衡。

因此，张根和团队的工作需要进一步面向工程运行需求，推进痕微量杂质在线监测、工质净化、气体消弭、系统化学控制等关键技术研究，研制形成相关高精度监测仪表、高效净化与消弭等样机，推动高温工质循环系统由“材料可用性验证”走向“工质可监测、可调控、可管理”。当前，其研究成果已应用于六盘水示范项目。

从材料选型到系统运行，从试验数据到工程管理，张根和团队逐步建立了一套面向高温工质的研发体系：“科学化设计、实时化监测、精准化控制、智能化诊断”。科学化设计，是根据反应堆类型、运行温度、材料体系和寿命要求，确定系统启停、稳态运行的工质化学控制窗口和化学制度；实时化监测，是能在线、实时、高精度地监测工质的状态，及时发现工质化学状态偏离设计限值；精准化控制，是监测系统发现工质偏离限值后，能采取有效动作将工质化学状态纠偏，防止长时间偏离加剧系统材料腐蚀；智能化诊断，则是将工质化学设计边界、在线监测数据、材料腐蚀数据库、设备运行参数、净化系统状态和腐蚀机理模型集成起来，形成面向反应堆运行安全的综合判断与闭环控制能力。

以原创科研积累夯实行业底座

在高温气态工质化学与材料腐蚀这个新兴方向上，真正难的并不只是完成一项试验、发表一篇论文，而是把分散的工程问题、试验数据和机理认识，沉淀成后来者能参考、行业能采用、工程能信赖的知识体系。

张根很清楚，不能只停留在“解决眼前问题”。基础数据要做扎实，腐蚀机理要说清楚，试验方法要可重复，评价边界要能比较，最终还要形成专利、标准和规范，让科研成果真正成为支撑行业发展的公共底座。

围绕高温气态工质与材料相互作用机理、反应堆冷却剂化学、材料腐蚀防护和工质杂质控制等方向，张根持续推动研究从工程问题牵引，向基础机制揭示和方法体系构建延伸。他主持了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、中核集团基础科研基金等9项基础科研项目，发表40余篇SCI论文，申请/授权专利10余项，主编企业标准3项，立项主编行业系列标准5项，逐步形成了“基础研究—核心技术—试验能力—标准规范”的体系化成果。

对张根来说，夯实行业底座，不仅要把试验做深、把平台建强、把标准立起来，还要把一个新兴领域的研究脉络、关键问题和未来方向讲清楚。

为此，张根曾用六个月时间写作，历时1年同行评议，完成了一篇关于高温超临界二氧化碳与材料交互作用的综述论文。全文4万余字，背后是对260多篇文献的系统梳理、数百条数据收集。那段时间，正常科研工作已经占满了白天，他便把写作时间一点点“挤”出来：每天早上7点到办公室，赶在上班前专心写作；晚上下班后再继续修改、梳理；到了周末，也常常风雨无阻一写就是一整天。最终，这篇发表在《International Materials Reviews》上的论文，系统阐述了高温超临界二氧化碳环境下材料腐蚀、选型策略与工质化学控制的研究进展，被国际同行高度评价为“相当全面”“宝贵资源”“重要贡献”。

如今，他连续多年入选全球前2%顶尖科学家榜单，并入选四川省学术与技术带头人后备、中核集团“菁英人才”“五年立”优秀青年代表、核动力院“领军人才”“突出贡献人才”等。他把好奇心放进一个个具体问题里，把耐心放进一组组长周期数据里，也把专业积累放进工程验证真正需要的地方。高温/超高温、高压、高流速、痕微量杂质、材料腐蚀——这些构成“极境”的关键词，对他而言不是障碍，而是科研必须抵达的现场。

从深夜响起的电话，到长周期运行的试验平台；从一块小样品的腐蚀数据，到工程中的系统应用；从工质化学边界，到材料可靠性评价，再到标准规范建设——张根和团队把一个看似不显眼的方向，做成了先进核能安全高效运行的重要支撑。

极境之中，答案不会自己出现。张根选择做的，是一次次向化学追问，向腐蚀追问，向材料和工质相互作用的边界追问。最终，是为未来的核能系统寻得一份更稳妥、更长久的安全答案。