打造綠色核能的中國新名片
—— 記西安交通大學能動學院教授惲迪

◎ 文/傅雙橋

核能是人類社會最具潛力和希望的未來能源。隨著各國核能計劃的增多，核安全問題和后續的環境問題日益凸顯。針對此類問題，國際原子能機構作為一個各國在核領域進行科技合作的政府間中心論壇和協調中心，一方面對和平利用、開發核能的活動積極加以扶持，另一方面也為核安全和環保確立了相應的國際標準。在此背景下，如何更為高效綠色地利用核能造福人類社會也成為許多核能科學家不斷探尋的目標。

西安交通大學能動學院教授惲迪就是其中一位。從清華園到美國阿貢國家實驗室，到回國加入西安交通大學，一路走來，帶著對核能研究的熱情，以核燃料性能與材料輻照效應為研究方向，在此領域惲迪已取得了一些不錯的成績。

異國打拼，羽翼漸豐

回國之前，惲迪有過一段長達12年的海外求學與工作經歷。2003年，完成了清華大學工程物理專業的本科學業后，惲迪遠赴美國，在伊利諾伊大學香檳分校核工程專業開啟了他的求學生涯。

雖說本科所學是工程物理中與核能關系比較緊密的方向，但真正從工程物理專業完全轉到核工程專業，對于惲迪來說仍是一個不小的挑戰。幸好在清華的扎實積累，加之自己的堅持，專業轉變帶來的不適應很快被惲迪克服了。

在伊利諾伊香檳分校的7年，國外先進的技術和超前的理念深深影響著惲迪。為了學到更多的知識，他付出了太多的時間和精力，“圣誕節挑燈夜戰，實驗室廢寢忘食”正是那段時光惲迪的生活寫照。

付出總有回報，學業結束后他不僅收獲了伊利諾伊大學香檳分校核工程專業的碩士和博士學位，更越過博士后階段被美國阿貢國家實驗室直接錄用并獲得了正式編制。

作為民用核能的開拓者費米博士創立的實驗室，美國阿貢國家實驗室，不僅是美國第一個國家實驗室，更是美國能源部最大的研究中心之一，它在核能研究領域的地位不言而喻。能進入這樣的實驗室工作對很多研究核能的人來說，無疑是對其研究最好的肯定。惲迪用出色的表現為自己贏得了這樣的機會。

在阿貢實驗室工作期間，惲迪主持并參與了多項美國能源部的項目，并被任命為美國能源部核能先進模擬計算項目燃料板塊的阿貢國家實驗室項目負責人以及核能大學項目（NEUP）的技術指導。在開展的快堆金屬燃料開發和核能先進模擬計算（NEAMS）等研究中，惲迪做出了重要的貢獻。

作為NEAMS項目燃料板塊的阿貢國家實驗室項目負責人，惲迪主要負責目前國際上最先進的MBM程序中介觀尺度、衡量材料特性與微觀結構的MARMOT程序的實驗驗證工作。通過設計、統籌并組織實施高難度原創性的介觀尺度原位觀測實驗，惲迪帶領團隊實現了對氧化鈾燃料晶粒生長及氣泡生長的連續性原位觀測，并獲得了大量高質量的實驗數據，為MARMOT程序的模型改進提供了關鍵的驗證數據。

核燃料與材料研究團隊合影

核安全與運行研究室合影

作為美國能源部核能大學（DOE NEUP）材料輻照效應項目的技術指導，惲迪為項目提供了極富價值的技術路線指引和階段性的成果評估及反饋。他積極向上的工作作風和過人的專業素養為合作者們留下了深刻的印象，也為自己贏得了來自美國能源部高層的肯定。

在美12年，憑借扎實的學術功底，惲迪在核能領域已闖出了屬于自己的一片天地，取得了一系列豐碩的學術成果。他先后在重要國際期刊上發表論文近24篇，發表會議論文40余篇；申請專利1項；2次獲得美國核學會年會最佳論文獎，并同時擔任Journal of Nuclear Materials、Materials Characterization、 Electrochimica Acta、Nuclear Technology等十多個國際期刊的審稿人和知名雜志Materials中核材料特刊的客座編輯。

惲迪告訴記者，自己選擇核能專業時，就是希望將來能學以致用，為祖國的核能發展做一點貢獻。但他清楚只有學到最好的知識和技術，這樣的想法才能變成現實。經過十多年的蛻變，惲迪已羽翼豐滿，在美國的寶貴積累，已為他回國投身核能事業做好了充分的準備。2015年，懷揣夢想，帶著多年所學，惲迪踏上了回國的旅程，在西安交通大學開啟了事業的新篇章。

平臺助力，投身重點項目研發

文化底蘊深、學術氛圍濃的西安交通大學，在傳統核能領域里名列前茅的扎實積淀和雄厚實力，為惲迪工作的開展提供了非常理想的平臺。

惲迪告訴記者：“目前，由于核能在國際上還是比較敏感的領域，所以我們不能寄希望于依賴國外的先進技術，而是要走出一條屬于自己的自主創新之路?！?/p>

在全球加速發展核能的背景下，如何建立和完善先進的核燃料循環、提高鈾資源利用率、合理利用和處理核廢料是我國核工業發展的重心，也是惲迪工作的重心。

以研發具有中國自主知識產權的先進核燃料為目標，憑借堅實的理論基礎，豐富的科研經歷，惲迪帶領團隊開展了一系列前沿性的科研工作。其中“基于速率理論并結合相場及原子尺度計算的適用于快堆金屬燃料的裂變氣體釋放及燃料腫脹模型研究”項目在惲迪剛加入西安交通大學，第一次申請國家自然科學基金面上項目時就獲得了成功。“專家對這個方向的認可和充分肯定超出了我的預想，也更堅定了我把這件事做好的決心?！睈恋闲判臐M滿地告訴記者。

快中子反應堆不僅可以將天然鈾資源的利用率從目前在核電站中被廣泛應用的壓水堆的約1%提高到60%以上，還可以嬗變壓水堆產生的長壽命放射性廢物，實現放射性廢物的最小化，其發展和推廣對促進我國核電可持續發展和先進燃料循環體系的建立具有重要意義?！扳欎喓辖?U-Zr)金屬燃料被認為是快中子堆及其牽引的核燃料循環中在增殖性能、燃料循環經濟性及安全特性方面具有獨特先進性的核燃料，其在裂變氣體釋放與燃料腫脹方面的表現，對快中子反應堆的服役性能有著至關重要的影響。”談起項目開展的背景，惲迪侃侃而談。

自2017年1月開始啟動至今，項目正在有條不紊地推進中。針對金屬燃料中關鍵的裂變氣體釋放和燃料腫脹等技術問題，在已開展的基于速率理論的機理性研究基礎上，惲迪帶領團隊擬采用結合相場理論、原子網格計算、分子動力學和速率理論的計算方法對這些問題進行深入地研究。

團隊擬通過相場理論模擬研究金屬燃料U-10Zr的物相形貌、分布與演變特點，并結合原子尺度模擬計算方法提供速率理論所需的有效平均場速率參數，建立快堆工況下金屬燃料裂變氣體釋放及燃料腫脹隨燃料燃耗變化的規律，闡明物相分布及形貌演變對金屬燃料中裂變氣體行為的影響，揭示裂變氣體氣泡與孔洞在金屬燃料中導致腫脹的核心機制。從而進一步加深人們對金屬燃料在快堆中輻照性能的理解，開拓相場理論，原子尺度模擬與速率理論相結合的應用，為金屬燃料滿足更高燃耗的設計以及金屬燃料腫脹性質的調控提供理論依據。

惲迪非常重視團隊的力量，他所在的西安交通大學核安全與運行研究室，目前已集中了一批有著多學科背景的優秀人才，在核燃料與熱工水力的學科交叉方面，他的團隊有著極大的優勢。除此之外，與國內各高校及企業科研院所的深度合作，也使團隊掌握了針對反應堆事故工況開展機理性研究的一整套比較完整的方法與體系。惲迪和他的團隊正在為研發更先進的反應堆系統及燃料體系做著不懈的努力。

前路漫漫，唯踏實方能致遠

2013年日本福島核事故后，輕水核反應堆（輕水堆）燃料的安全性和事故響應成為廣受國際社會關注的焦點。繼而，世界各國都將大幅度改進輕水堆燃料抗事故能力作為其核能研發的戰略核心。截至目前，很多事故容錯燃料概念被陸續提出，包括使用導熱性能更好的芯塊材料替代氧化鈾、改善現有包殼材料的抗腐蝕能力及使用不產生氫氣的新型包殼材料等，其中使用安全性能顯著提高的包殼材料受到了更為廣泛的關注。

作為核能領域的大國，我國對事故容錯燃料的研發也給予了高度的關注和大力投入。研發具有自主知識產權的事故容錯燃料將使我國核燃料技術水平在國際處于領先地位，為實現從核大國向核強國的轉變奠定良好的基礎。

在如此重要的背景下，在鋯合金包殼管的多元硬質涂層研究、碳化硅復合材料包殼管的性能改進研究及事故容錯燃料的失冷事故（LOCA）模擬測試方法研究中謀求突破，通過不斷完善團隊自身建設和切實提高技術實力，惲迪將帶領團隊重點開展事故容錯燃料及先進核燃料的基礎科學和實驗技術研究，努力為我國核燃料綜合科技水平的提高貢獻一份力量。

回國至今，為了盡快實現自己定下的一個個目標，惲迪將全身心投入到了科研工作中，一年中為工作飛行上百次對他來說是常有的事。“飛機如果晚點，有時凌晨三四點才能回到西安，到家就快五點了，睡上兩三個小時，接著再去上班。”為了工作的順利推進，惲迪已經忘記了疲憊。

對于未來的工作，他清楚唯有踏踏實實才能走得更遠。

在加入核安全與運行研究室的同時，惲迪也加入了西安交通大學核科學與技術學院千人團隊、先進核燃料基礎科學研究中心及多相流國家重點實驗室，他希望通過與這些團隊的合作，促進交叉學科的融合和綜合性研究工作的推進，從而形成具有原創性和自身特色的理論應用體系。

具體到每個方面，他制定出了如下計劃。在學生培養上，他強調對學生主動性、獨立性、創新能力和團隊精神方面的培養，以實現所培養的人才與社會需求高度結合的目標。在團隊建設方面，他強調針對性、穩定性、高效性和高水平支撐功能。他希望通過與其他團隊的合作，培養出一批素質好、喜歡鉆研的年輕人，并獨立形成一支在先進核燃料研發領域具有國際影響力的高水平團隊。在科研方面，他強調前沿性、原創性、前瞻性和對學科發展的引領作用。在國際合作方面，他希望在和美國一流高校及國家實驗室已有的合作基礎上，進一步拓展國際合作空間，開展與法國、日本、韓國、德國等核燃料領域專家的合作，為進一步提升西安交通大學在核科學與技術領域的影響力做一點貢獻。

“無所畏懼，樂觀積極，以從容的心態迎接每次挑戰，以嚴謹的精神對待每個課題，以前沿的理念影響每位學生。”談到個人規劃時，惲迪為自己定下了這樣的目標。