How America Gave China an Edge in Nuclear Power

盡管如今兩國正競相發(fā)展原子能技術(shù)，但中國最先進(jìn)的反應(yīng)堆卻是與美國科學(xué)家合作的成果。

作者：科林·瓊斯，是一位居住在紐約的記者和紀(jì)錄片制片人。

（配圖說明）一張螺旋狀結(jié)構(gòu)的特寫照片。1970年，田納西州熔鹽反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)中的高溫溶劑萃取柱。（照片來源：美國能源部 / 史密斯收藏 / Gado / Getty）

今年4月，在中國科學(xué)院上海分院的一次演講中，物理學(xué)家徐洪杰宣布了一項(xiàng)重大突破。十多年來，他的團(tuán)隊(duì)一直在研發(fā)一種實(shí)驗(yàn)性核反應(yīng)堆——這種反應(yīng)堆使用裂變材料與熔融鹽混合而成的“巖漿”作為燃料，而非傳統(tǒng)的固體燃料。該反應(yīng)堆兩年前已投入運(yùn)行，本身就是一項(xiàng)了不起的成就：它是全球唯一正在運(yùn)行的此類反應(yīng)堆，相比目前主流的水冷式核電站，它有望更安全、更高效。而徐洪杰此次宣布的是，他的團(tuán)隊(duì)已成功實(shí)現(xiàn)不停堆換料，展現(xiàn)出對這一新系統(tǒng)的高度掌控能力。

這項(xiàng)成就本身已足夠耀眼，但徐洪杰選擇此時(shí)宣布，也賦予了其地緣政治意義。就在幾個(gè)月前，中國人工智能公司深度求索（DeepSeek）震驚了美國科技界——這家規(guī)模不大的中國初創(chuàng)企業(yè)，竟開發(fā)出一款可與硅谷巨頭相媲美的大語言模型。徐洪杰將他的熔鹽反應(yīng)堆置于同樣的敘事框架下：這又一個(gè)信號表明，中美之間的技術(shù)差距已然彌合。

徐洪杰解釋說，他們團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)基于上世紀(jì)60年代在田納西州建造的一座實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，即“熔鹽反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)”（MSRE）。該項(xiàng)目在70年代初因失去聯(lián)邦資金而被迫終止。幾十年后，徐的團(tuán)隊(duì)深入研究了MSRE的一切資料，使其“起死回生”。他將這一過程比作“龜兔賽跑”：美國“懈怠犯錯(cuò)”，而中國則抓住了“超越”的機(jī)會。

現(xiàn)實(shí)情況并非一場競賽，而是一場合作。不到十年前，徐的團(tuán)隊(duì)曾與眾多美國核科學(xué)家密切合作：麻省理工學(xué)院（MIT）為中方輻照石墨樣品；伯克利的核工程師飛赴上海審閱原始設(shè)計(jì)；到2015年——或許也是中美科學(xué)界關(guān)系最友好的時(shí)期——徐所在的上海應(yīng)用物理研究所（SINAP）與全球首座熔鹽反應(yīng)堆所在地、田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）簽署了一項(xiàng)聯(lián)合研發(fā)協(xié)議。

這些協(xié)議可視為里根時(shí)代新自由主義的產(chǎn)物：它們允許國家實(shí)驗(yàn)室將其設(shè)施和人員“出租”給外部機(jī)構(gòu)，后者在提供資金的同時(shí)，可對項(xiàng)目期間美方實(shí)驗(yàn)室所開發(fā)的技術(shù)擁有專有權(quán)利。通常，這促進(jìn)了公共機(jī)構(gòu)向私營部門的技術(shù)轉(zhuǎn)移。但ORNL與SINAP的協(xié)議卻開創(chuàng)了先例：一家中國國有實(shí)驗(yàn)室向美國實(shí)驗(yàn)室支付數(shù)百萬美元，用于開發(fā)熔鹽反應(yīng)堆所需的材料與管道系統(tǒng)。

從一開始，美方就認(rèn)為中國人會率先建成熔鹽反應(yīng)堆——畢竟，是中國在為此投入巨資。美國雖也有少量熔鹽研究經(jīng)費(fèi)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這也是橡樹嶺研究人員愿意接受中方支持的原因。通過合作，美方希望推進(jìn)一種結(jié)構(gòu)更簡單的反應(yīng)堆研發(fā)：其中熔鹽僅用作冷卻劑，而非燃料載體?！邦A(yù)算就是預(yù)算，”當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)該協(xié)議的橡樹嶺首席研究員戴維·霍爾科姆（David Holcomb）在一次會議上坦言。

十年后的今天，支撐此類合作的政策與假設(shè)已被徹底顛覆。2016年唐納德·特朗普贏得總統(tǒng)大選后，美國能源部切斷了與SINAP的聯(lián)系，并威脅吊銷向中國出口核技術(shù)的美國公司的許可證。特朗普第二任期內(nèi)，對華敵意有增無減。“如果你寫這篇關(guān)于聯(lián)合研發(fā)協(xié)議的報(bào)道，新政府會把所有人都當(dāng)作‘邪惡合作者’開除，”一位美國核企高管告訴我。他這話只有一半是玩笑。當(dāng)我向橡樹嶺請求提供有關(guān)熔鹽研究的信息時(shí)，媒體關(guān)系經(jīng)理回復(fù)：“這次我們恐怕幫不上忙。”之后，對方還淡化了該實(shí)驗(yàn)室與SINAP的合作程度。當(dāng)我試圖聯(lián)系已轉(zhuǎn)入私營領(lǐng)域的霍爾科姆，以及曾在SINAP合作期間擔(dān)任橡樹嶺主任的托馬斯·梅森（Thomas Mason），分別向愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室提出采訪請求后，兩家機(jī)構(gòu)均不再回復(fù)。這種沉默與幾年前形成鮮明對比——彼時(shí)霍爾科姆多次接受媒體采訪，橡樹嶺甚至開放參觀其最初安置熔鹽反應(yīng)堆的設(shè)施。

我兩次致信徐洪杰，均未獲回復(fù)。隨后，2025年11月，徐洪杰去世，據(jù)報(bào)道是在辦公桌前工作時(shí)離世。

霍爾科姆2015年所稱的“共同利益”與“開放科學(xué)”時(shí)代，如今已被“地緣戰(zhàn)略影響力”和“國家安全”等新口號取代。這些論調(diào)已獲共和黨與民主黨一致認(rèn)同，試圖以民族主義重振一個(gè)因數(shù)十年收縮而萎靡的產(chǎn)業(yè)。但此舉是否足以讓美國核工業(yè)在國際市場上具備競爭力，甚至在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)盈利，仍有待觀察。

要理解當(dāng)今核能領(lǐng)域正在發(fā)生什么，有必要回顧所謂的“第一核時(shí)代”——即1942年恩里科·費(fèi)米（Enrico Fermi）首次實(shí)現(xiàn)可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，到1979年賓夕法尼亞州三里島核電站二號反應(yīng)堆部分熔毀之間的37年。在這一時(shí)期的巔峰（約1960年前后），美國占全球核能研發(fā)投入近70%。由于核能橫跨國防與民用工程，可謂雙重受益：由此誕生了一系列日益恐怖的武器，以及大量實(shí)驗(yàn)性和商用反應(yīng)堆，使美國成為全球最大核能生產(chǎn)國。如今美國仍保有這一頭銜，但中國很可能在2030年左右接過這一桂冠。

熔鹽反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)正是那個(gè)時(shí)代的縮影。這一構(gòu)想始于1940年代末，當(dāng)時(shí)美國空軍要求開發(fā)核動力飛機(jī)。后來成為橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研究主管的阿爾文·溫伯格（Alvin Weinberg）并不認(rèn)為這種飛機(jī)真能飛起來，但他愿意一試。他曾參與曼哈頓計(jì)劃中钚生產(chǎn)反應(yīng)堆的研發(fā)，戰(zhàn)后移居?xùn)|田納西，主持將克林奇河畔一處钚生產(chǎn)設(shè)施發(fā)展為ORNL。對溫伯格而言，國家實(shí)驗(yàn)室的使命就是嘗試“私營產(chǎn)業(yè)認(rèn)為太難或風(fēng)險(xiǎn)太高而不愿涉足的項(xiàng)目”——一架燒鈾的飛機(jī)正是如此。

溫伯格寫道，該反應(yīng)堆需達(dá)到約1500華氏度（約815攝氏度）才能驅(qū)動噴氣發(fā)動機(jī)。他的團(tuán)隊(duì)推斷，如此高溫會摧毀任何能裝進(jìn)飛機(jī)的小型燃料棒，于是決定改用氟化鹽——其在約400攝氏度熔化，并在1600攝氏度以上仍保持穩(wěn)定。將氟化鈾混入后，熔鹽本身即可充當(dāng)燃料。

該系統(tǒng)于1954年11月首次達(dá)到臨界狀態(tài)。在其短暫運(yùn)行中，展現(xiàn)出非凡特性，但也暴露出熔鹽操作的諸多挑戰(zhàn)：泄漏頻發(fā)，設(shè)備放射性極強(qiáng)，幾乎無法維修。作為權(quán)宜之計(jì)，溫伯格團(tuán)隊(duì)不得不反復(fù)對反應(yīng)堆艙室進(jìn)行排氣處理，導(dǎo)致附近森林被放射性氙和碘污染。運(yùn)行至100小時(shí)后，項(xiàng)目被叫停。

熔鹽反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)（MSRE）給了他第二次機(jī)會。當(dāng)時(shí)，美國原子能委員會準(zhǔn)備大力投資快中子增殖反應(yīng)堆（即產(chǎn)出裂變材料多于消耗的反應(yīng)堆）。這類反應(yīng)堆承諾提供遠(yuǎn)超煤炭與石油全球儲量的能源——當(dāng)時(shí)人們已預(yù)計(jì)化石燃料將在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)枯竭，并懷疑其正在導(dǎo)致地球變暖。1960年啟動規(guī)劃，五年后，溫伯格團(tuán)隊(duì)將69公斤濃縮鈾加入熔鹽中。這次實(shí)驗(yàn)大獲成功：MSRE累計(jì)運(yùn)行超過13,000小時(shí)，進(jìn)行了無數(shù)測試?！八麄儙缀踝隽水?dāng)時(shí)所有能做的計(jì)算，以理解如何建造、運(yùn)行和加注這種反應(yīng)堆，”拜登政府核能助理部長凱蒂·赫夫（Katy Huff）表示。最重要的是，MSRE證明了熔鹽反應(yīng)堆的可行性。

溫伯格本希望從MSRE邁向熔鹽增殖堆。但1973年，理查德·尼克松總統(tǒng)為全力支持另一種鈉冷快堆，撤回了對熔鹽研究的聯(lián)邦資助。1983年，鈉冷快堆項(xiàng)目自身也因預(yù)算超支和以傳統(tǒng)基金會為首的保守派反對而被砍。此外，1979年三里島事故也讓公眾對核電項(xiàng)目心生反感。

衡量美國核工業(yè)衰落的方式很多，但最直觀的或許是建設(shè)許可數(shù)量：1954至1978年間，監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)了133座民用核反應(yīng)堆的建設(shè)許可；而1979至2012年間，這一數(shù)字為零?！白?0年代以來，幾乎沒有真正開展過核電工作，”比爾·蓋茨聯(lián)合創(chuàng)辦的核技術(shù)公司TerraPower董事會成員內(nèi)森·邁赫沃爾德（Nathan Myhrvold）告訴我，“能源部確實(shí)保留了一些研究項(xiàng)目，我不想貶低任何參與者，但他們停止了建廠。一旦停止建廠，企業(yè)就很難維持所需的大批工程師?！?/p>

“我們第一次去中國時(shí)，最讓我震撼的是，他們?yōu)榇藛栴}投入了大量人力，”麻省理工學(xué)院（MIT）研究科學(xué)家查爾斯·福斯伯格（Charles Forsberg）告訴我，“如果你指派幾百名工程師解決一個(gè)問題，你就會非常、非?？臁！备Ｋ共裨缒暝谙饦鋷X國家實(shí)驗(yàn)室從事研究，后轉(zhuǎn)至MIT，目前正監(jiān)督校園研究堆旁一條熔鹽回路的建設(shè)。他也是2002年提出“氟鹽冷卻高溫反應(yīng)堆”（FHR）概念的三位工程師之一。該設(shè)計(jì)保留了溫伯格熔鹽堆的高溫優(yōu)勢，但將液態(tài)燃料回路替換為更傳統(tǒng)的堆芯結(jié)構(gòu)，僅用熔鹽作冷卻劑，從而簡化了腐蝕與密封等最棘手的問題。FHR在美國重新點(diǎn)燃了對熔鹽裂變反應(yīng)堆的興趣——這也正是福斯伯格最初赴華會見SINAP團(tuán)隊(duì)的原因。

福斯伯格的訪華及其與徐洪杰等SINAP研究人員建立的關(guān)系，發(fā)生在中美近期一段合作期的開端。這一合作基于2011年美國能源部與中國科學(xué)院簽署的《核能技術(shù)合作諒解備忘錄》，而該備忘錄又源于2006年的一項(xiàng)協(xié)議——后者為美國核企向中國出售反應(yīng)堆鋪平了道路。兩國都希望通過借力對方來振興本國核工業(yè)。

21世紀(jì)初，中國僅有少數(shù)幾座反應(yīng)堆，但2007年其規(guī)劃者誓言到2020年大幅增加核電產(chǎn)能——這意味著約15年內(nèi)新建約40座反應(yīng)堆，其速度與規(guī)模僅20世紀(jì)美國核工業(yè)可比。為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，中國計(jì)劃首批新堆向外國公司采購，合同要求大量技術(shù)轉(zhuǎn)讓。盡管如今看來這筆交易利弊參半，但當(dāng)時(shí)美國核工業(yè)欣然接受：該行業(yè)剛經(jīng)歷長達(dá)25年國內(nèi)新堆需求近乎為零的困境，數(shù)百名專家無用武之地?！八麄兇蠖嗍切├虾＼姾斯こ處煟蛩氖昵皩W(xué)核工程的人，精通老化管理、管道開裂、泵腐蝕等問題，”當(dāng)時(shí)一家專注于中國的精品核咨詢公司合伙人戴維·菲什曼（David Fishman）告訴我，“他們很高興來到一個(gè)年輕、熱切、計(jì)劃建造數(shù)十座反應(yīng)堆的市場和行業(yè)?！?/p>

中美在熔鹽研究上的合作，其背景與商業(yè)合作并無太大不同。福斯伯格及其合作者——伯克利核工程教授佩爾·彼得森（Per Peterson）和前桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的保羅·皮卡德（Paul Pickard）——多年來通過學(xué)術(shù)途徑推進(jìn)其設(shè)計(jì)，因熔鹽在美國昂貴且難以獲取，只能用油或水模擬。2011年，他們獲得能源部一項(xiàng)大型多校聯(lián)合資助，終于得以用真實(shí)熔鹽開展實(shí)驗(yàn)。這成為與徐洪杰團(tuán)隊(duì)建立聯(lián)系的契機(jī)——后者剛獲得中國政府的重大資助。SINAP團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是建造液態(tài)燃料反應(yīng)堆，最終實(shí)現(xiàn)溫伯格的釷基增殖堆愿景。為與美方建立共同基礎(chǔ)，他們也承諾建造類似FHR的鹽冷反應(yīng)堆——這正是當(dāng)時(shí)能源部最感興趣的項(xiàng)目。

2012年8月SINAP在伯克利的首次報(bào)告會視頻，生動展現(xiàn)了早期中美合作的動態(tài)。代表SINAP出席的是陳坤（Kun Chen），他曾在印第安納大學(xué)攻讀博士，當(dāng)時(shí)三十多歲。聽眾則明顯年長：約三分之二在五十至六十歲之間。他們試圖評估SINAP雄心勃勃計(jì)劃的可行性。有人詢問預(yù)算——約3.5億美元，分五年投入；另一人問及熔鹽來源，因?yàn)椤皳?jù)我所知，全球沒有設(shè)施能生產(chǎn)它”。陳坤回答，中國有多個(gè)設(shè)施可以。

從視頻中難以判斷中方從這些交流中具體獲得了什么，但當(dāng)我與陳坤交談時(shí)，他強(qiáng)調(diào)擁有美國對話伙伴的重要性。“從一開始，我們都不相信能走到今天，”他說。熔鹽在中國同樣冷門。他估計(jì)，2011年全球認(rèn)真研究將其用于裂變反應(yīng)堆的人不過三四十位。與其中一些美國同行建立聯(lián)系，讓項(xiàng)目變得可行。

對美方而言，他們好奇的是：若擁有這里所沒有的資源，中國人究竟能走多遠(yuǎn)？與SINAP合作也是一種敦促美國聯(lián)邦政府的手段。正如福斯伯格所說：“如果中國在做，那它一定重要?！?/p>

從這個(gè)角度看，橡樹嶺與SINAP簽署的聯(lián)合研發(fā)協(xié)議繞過了中間環(huán)節(jié)。據(jù)陳坤透露，SINAP為此向橡樹嶺支付了約400萬美元，用于建設(shè)熔鹽回路——研究人員可借此測試循環(huán)熔鹽所需的材料與管道組件。該項(xiàng)目也為美國熔鹽研究者提供了聚焦點(diǎn)。霍爾科姆曾對《麻省理工科技評論》記者表示：“必須認(rèn)識到，熔鹽反應(yīng)堆領(lǐng)域的關(guān)鍵人物正迅速退休或離世。中國提供的資金讓我們得以傳承知識，并在建造和運(yùn)行這些反應(yīng)堆方面積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。”

該報(bào)道發(fā)表于2016年8月。到2018年，美國已退出幾乎所有對華核合作。“我不會說這完全出乎意料，”陳坤告訴我。他和SINAP團(tuán)隊(duì)預(yù)料到特朗普上臺后關(guān)系可能惡化，“但事態(tài)惡化得太突然了，就像我們在關(guān)稅問題上學(xué)到的那樣?！?/p>

我問陳坤，團(tuán)隊(duì)獨(dú)立后是否遇到困難。“困難主要在于，首先，你是否有資金，”他說。而SINAP顯然不缺錢。中國科學(xué)院每年都在延長項(xiàng)目撥款。到2018年，中國承諾在未來二十年投入30億美元用于熔鹽反應(yīng)堆研發(fā)，整體核能投資規(guī)劃更高達(dá)2050年前1.3萬億美元。

2012年8月陳坤在伯克利首次報(bào)告會上，一位提問的年輕人引起我的注意：深棕色頭發(fā)、濃密絡(luò)腮胡。我反復(fù)觀看錄像后才認(rèn)出，此人正是邁克·勞弗（Mike Laufer）——他后來共同創(chuàng)立了私營核企Kairos Power，致力于將福斯伯格、皮卡德和彼得森（亦為Kairos聯(lián)合創(chuàng)始人）最初設(shè)計(jì)的氟鹽冷卻高溫反應(yīng)堆商業(yè)化。認(rèn)出勞弗后，他當(dāng)時(shí)問陳坤“建造鹽冷反應(yīng)堆的最大挑戰(zhàn)或障礙是什么”，便有了新的意味：那時(shí)還是研究生的他，是否已在構(gòu)思商業(yè)計(jì)劃？

Kairos代表了美國核工業(yè)的新時(shí)代。受SpaceX啟發(fā)，它試圖在一家公司內(nèi)部重建美國工業(yè)能力。其商業(yè)模式要求垂直整合的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，可自主制造燃料、熔鹽及大部分反應(yīng)堆組件，目標(biāo)是通過內(nèi)部運(yùn)營提供具有市場競爭力的核電價(jià)格。公司已取得一定成功：去年，谷歌承諾到2035年向其采購500兆瓦電力；Kairos也是目前僅有的兩家獲得美國核管會新建反應(yīng)堆許可的美國公司之一。其位于橡樹嶺的反應(yīng)堆廠房去年已破土動工?！拔覀冋υ诒臼陜?nèi)讓反應(yīng)堆投入運(yùn)行，”勞弗告訴我。

Kairos能走到今天，初期得益于中美在熔鹽研究上的合作，如今又受益于美國國內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策的親核轉(zhuǎn)向。2010年代初中國投入美國研究的資金，推動氟鹽冷卻高溫反應(yīng)堆從理論走向?qū)嵺`；SINAP資助在橡樹嶺建設(shè)的熔鹽回路，產(chǎn)出了一份關(guān)于熔鹽泵的報(bào)告，恰好契合Kairos早期重點(diǎn)之一。特朗普政府終止對華核合作后數(shù)年，美國核工業(yè)一度缺乏替代資金。但隨后大規(guī)模公共支出和私人投資開始涌入：2020年，Kairos獲得能源部3.03億美元撥款；2022年《通脹削減法案》包含的清潔能源30%投資稅收抵免，也讓包括Kairos在內(nèi)的新興核企大受裨益。盡管特朗普所謂“美麗大法案”提前取消了太陽能和風(fēng)電的稅收抵免，但參議院確保了核能繼續(xù)享有這一優(yōu)惠。

我問勞弗是否擔(dān)心與中國競爭?！澳壳?，我們做的事本身就已足夠具有挑戰(zhàn)性，”他說。?

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