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)，但中國最先進的反應堆卻是與美國科學家合作的成果。

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，田納西州熔鹽反應堆實驗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，在中國科學院上海分院的一次演講中，物理學家徐洪杰宣布了一項重大突破。十多年來，他的團隊一直在研發(fā)一種實驗性核反應堆——這種反應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。該反應堆兩年前已投入運行，本身就是一項了不起的成就：它是全球唯一正在運行的此類反應堆，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，他的團隊已成功實現(xiàn)不停堆換料，展現(xiàn)出對這一新系統(tǒng)的高度掌控能力。

這項成就本身已足夠耀眼，但徐洪杰選擇此時宣布，也賦予了其地緣政治意義。就在幾個月前，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堆置于同樣的敘事框架下：這又一個信號表明，中美之間的技術(shù)差距已然彌合。

徐洪杰解釋說，他們團隊的設計基于上世紀60年代在田納西州建造的一座實驗反應堆，即“熔鹽反應堆實驗”（MSRE）。該項目在70年代初因失去聯(lián)邦資金而被迫終止。幾十年后，徐的團隊深入研究了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”，而中國則抓住了“超越”的機會。

現(xiàn)實情況并非一場競賽，而是一場合作。不到十年前，徐的團隊曾與眾多美國核科學家密切合作：麻省理工學院（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計；到2015年——或許也是中美科學界關系最友好的時期——徐所在的上海應用物理研究所（SINAP）與全球首座熔鹽反應堆所在地、田納西州的橡樹嶺國家實驗室（ORNL）簽署了一項聯(lián)合研發(fā)協(xié)議。

這些協(xié)議可視為里根時代新自由主義的產(chǎn)物：它們允許國家實驗室將其設施和人員“出租”給外部機構(gòu)，后者在提供資金的同時，可對項目期間美方實驗室所開發(fā)的技術(shù)擁有專有權(quán)利。通常，這促進了公共機構(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：一家中國國有實驗室向美國實驗室支付數(shù)百萬美元，用于開發(fā)熔鹽反應堆所需的材料與管道系統(tǒng)。

從一開始，美方就認為中國人會率先建成熔鹽反應堆——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，但遠遠不夠，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，美方希望推進一種結(jié)構(gòu)更簡單的反應堆研發(fā)：其中熔鹽僅用作冷卻劑，而非燃料載體?！邦A算就是預算，”當時負責該協(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?！叭绻銓戇@篇關于聯(lián)合研發(fā)協(xié)議的報道，新政府會把所有人都當作‘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。當我向橡樹嶺請求提供有關熔鹽研究的信息時，媒體關系經(jīng)理回復：“這次我們恐怕幫不上忙?！敝?，對方還淡化了該實驗室與SINAP的合作程度。當我試圖聯(lián)系已轉(zhuǎn)入私營領域的霍爾科姆，以及曾在SINAP合作期間擔任橡樹嶺主任的托馬斯·梅森（Thomas Mason），分別向愛達荷國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室提出采訪請求后，兩家機構(gòu)均不再回復。這種沉默與幾年前形成鮮明對比——彼時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堆的設施。

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

霍爾科姆2015年所稱的“共同利益”與“開放科學”時代，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同，試圖以民族主義重振一個因數(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)實現(xiàn)盈利，仍有待觀察。

要理解當今核能領域正在發(fā)生什么，有必要回顧所謂的“第一核時代”——即1942年恩里科·費米（Enrico Fermi）首次實現(xiàn)可控鏈式裂變反應，到1979年賓夕法尼亞州三里島核電站二號反應堆部分熔毀之間的37年。在這一時期的巔峰（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，以及大量實驗性和商用反應堆，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。

熔鹽反應堆實驗正是那個時代的縮影。這一構(gòu)想始于1940年代末，當時美國空軍要求開發(fā)核動力飛機。后來成為橡樹嶺國家實驗室研究主管的阿爾文·溫伯格（Alvin Weinberg）并不認為這種飛機真能飛起來，但他愿意一試。他曾參與曼哈頓計劃中钚生產(chǎn)反應堆的研發(fā)，戰(zhàn)后移居東田納西，主持將克林奇河畔一處钚生產(chǎn)設施發(fā)展為ORNL。對溫伯格而言，國家實驗室的使命就是嘗試“私營產(chǎn)業(yè)認為太難或風險太高而不愿涉足的項目”——一架燒鈾的飛機正是如此。

溫伯格寫道，該反應堆需達到約1500華氏度（約815攝氏度）才能驅(qū)動噴氣發(fā)動機。他的團隊推斷，如此高溫會摧毀任何能裝進飛機的小型燃料棒，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，熔鹽本身即可充當燃料。

該系統(tǒng)于1954年11月首次達到臨界狀態(tài)。在其短暫運行中，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)，設備放射性極強，幾乎無法維修。作為權(quán)宜之計，溫伯格團隊不得不反復對反應堆艙室進行排氣處理，導致附近森林被放射性氙和碘污染。運行至100小時后，項目被叫停。

熔鹽反應堆實驗（MSRE）給了他第二次機會。當時，美國原子能委員會準備大力投資快中子增殖反應堆（即產(chǎn)出裂變材料多于消耗的反應堆）。這類反應堆承諾提供遠超煤炭與石油全球儲量的能源——當時人們已預計化石燃料將在一個世紀內(nèi)枯竭，并懷疑其正在導致地球變暖。1960年啟動規(guī)劃，五年后，溫伯格團隊將69公斤濃縮鈾加入熔鹽中。這次實驗大獲成功：MSRE累計運行超過13,000小時，進行了無數(shù)測試?！八麄儙缀踝隽水敃r所有能做的計算，以理解如何建造、運行和加注這種反應堆，”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，鈉冷快堆項目自身也因預算超支和以傳統(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許可數(shù)量：1954至1978年間，監(jiān)管機構(gòu)批準了133座民用核反應堆的建設許可；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，“能源部確實保留了一些研究項目，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，最讓我震撼的是，他們?yōu)榇藛栴}投入了大量人力，”麻省理工學院（MIT）研究科學家查爾斯·福斯伯格（Charles Forsberg）告訴我，“如果你指派幾百名工程師解決一個問題，你就會非常、非常快?！备Ｋ共裨缒暝谙饦鋷X國家實驗室從事研究，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。他也是2002年提出“氟鹽冷卻高溫反應堆”（FHR）概念的三位工程師之一。該設計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在美國重新點燃了對熔鹽裂變反應堆的興趣——這也正是福斯伯格最初赴華會見SINAP團隊的原因。

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年的一項協(xié)議——后者為美國核企向中國出售反應堆鋪平了道路。兩國都希望通過借力對方來振興本國核工業(yè)。

21世紀初，中國僅有少數(shù)幾座反應堆，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座反應堆，其速度與規(guī)模僅20世紀美國核工業(yè)可比。為實現(xiàn)目標，中國計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，但當時美國核工業(yè)欣然接受：該行業(yè)剛經(jīng)歷長達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?，或四十年前學核工程的人，精通老化管理、管道開裂、泵腐蝕等問題，”當時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年輕、熱切、計劃建造數(shù)十座反應堆的市場和行業(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）和前桑迪亞國家實驗室的保羅·皮卡德（Paul Pickard）——多年來通過學術(shù)途徑推進其設計，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大型多校聯(lián)合資助，終于得以用真實熔鹽開展實驗。這成為與徐洪杰團隊建立聯(lián)系的契機——后者剛獲得中國政府的重大資助。SINAP團隊的目標是建造液態(tài)燃料反應堆，最終實現(xiàn)溫伯格的釷基增殖堆愿景。為與美方建立共同基礎，他們也承諾建造類似FHR的鹽冷反應堆——這正是當時能源部最感興趣的項目。

2012年8月SINAP在伯克利的首次報告會視頻，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攻讀博士，當時三十多歲。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雄心勃勃計劃的可行性。有人詢問預算——約3.5億美元，分五年投入；另一人問及熔鹽來源，因為“據(jù)我所知，全球沒有設施能生產(chǎn)它”。陳坤回答，中國有多個設施可以。

從視頻中難以判斷中方從這些交流中具體獲得了什么，但當我與陳坤交談時，他強調(diào)擁有美國對話伙伴的重要性?！皬囊婚_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，2011年全球認真研究將其用于裂變反應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？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。該項目也為美國熔鹽研究者提供了聚焦點?；魻柨颇吩鴮Α堵槭±砉た萍荚u論》記者表示：“必須認識到，熔鹽反應堆領域的關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，并在建造和運行這些反應堆方面積累實踐經(jīng)驗。”

該報道發(fā)表于2016年8月。到2018年，美國已退出幾乎所有對華核合作?！拔也粫f這完全出乎意料，”陳坤告訴我。他和SINAP團隊預料到特朗普上臺后關系可能惡化，“但事態(tài)惡化得太突然了，就像我們在關稅問題上學到的那樣?！?/p>

我問陳坤，團隊獨立后是否遇到困難?！袄щy主要在于，首先，你是否有資金，”他說。而SINAP顯然不缺錢。中國科學院每年都在延長項目撥款。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堆研發(fā)，整體核能投資規(guī)劃更高達2050年前1.3萬億美元。

2012年8月陳坤在伯克利首次報告會上，一位提問的年輕人引起我的注意：深棕色頭發(fā)、濃密絡腮胡。我反復觀看錄像后才認出，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）最初設計的氟鹽冷卻高溫反應堆商業(yè)化。認出勞弗后，他當時問陳坤“建造鹽冷反應堆的最大挑戰(zhàn)或障礙是什么”，便有了新的意味：那時還是研究生的他，是否已在構(gòu)思商業(yè)計劃？

Kairos代表了美國核工業(yè)的新時代。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施網(wǎng)絡，可自主制造燃料、熔鹽及大部分反應堆組件，目標是通過內(nèi)部運營提供具有市場競爭力的核電價格。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堆許可的美國公司之一。其位于橡樹嶺的反應堆廠房去年已破土動工。“我們正努力在本十年內(nèi)讓反應堆投入運行，”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堆從理論走向?qū)嵺`；SINAP資助在橡樹嶺建設的熔鹽回路，產(chǎn)出了一份關于熔鹽泵的報告，恰好契合Kairos早期重點之一。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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