打造绿色核能的中国新名片—— 记西安交通大学能动学院教授恽迪

◎ 文/傅双桥

核能是人类社会最具潜力和希望的未来能源。随着各国核能计划的增多，核安全问题和后续的环境问题日益凸显。针对此类问题，国际原子能机构作为一个各国在核领域进行科技合作的政府间中心论坛和协调中心，一方面对和平利用、开发核能的活动积极加以扶持，另一方面也为核安全和环保确立了相应的国际标准。在此背景下，如何更为高效绿色地利用核能造福人类社会也成为许多核能科学家不断探寻的目标。

西安交通大学能动学院教授恽迪就是其中一位。从清华园到美国阿贡国家实验室，到回国加入西安交通大学，一路走来，带着对核能研究的热情，以核燃料性能与材料辐照效应为研究方向，在此领域恽迪已取得了一些不错的成绩。

异国打拼，羽翼渐丰

回国之前，恽迪有过一段长达12年的海外求学与工作经历。2003年，完成了清华大学工程物理专业的本科学业后，恽迪远赴美国，在伊利诺伊大学香槟分校核工程专业开启了他的求学生涯。

虽说本科所学是工程物理中与核能关系比较紧密的方向，但真正从工程物理专业完全转到核工程专业，对于恽迪来说仍是一个不小的挑战。幸好在清华的扎实积累，加之自己的坚持，专业转变带来的不适应很快被恽迪克服了。

在伊利诺伊香槟分校的7年，国外先进的技术和超前的理念深深影响着恽迪。为了学到更多的知识，他付出了太多的时间和精力，“圣诞节挑灯夜战，实验室废寝忘食”正是那段时光恽迪的生活写照。

付出总有回报，学业结束后他不仅收获了伊利诺伊大学香槟分校核工程专业的硕士和博士学位，更越过博士后阶段被美国阿贡国家实验室直接录用并获得了正式编制。

作为民用核能的开拓者费米博士创立的实验室，美国阿贡国家实验室，不仅是美国第一个国家实验室，更是美国能源部最大的研究中心之一，它在核能研究领域的地位不言而喻。能进入这样的实验室工作对很多研究核能的人来说，无疑是对其研究最好的肯定。恽迪用出色的表现为自己赢得了这样的机会。

在阿贡实验室工作期间，恽迪主持并参与了多项美国能源部的项目，并被任命为美国能源部核能先进模拟计算项目燃料板块的阿贡国家实验室项目负责人以及核能大学项目（NEUP）的技术指导。在开展的快堆金属燃料开发和核能先进模拟计算（NEAMS）等研究中，恽迪做出了重要的贡献。

作为NEAMS项目燃料板块的阿贡国家实验室项目负责人，恽迪主要负责目前国际上最先进的MBM程序中介观尺度、衡量材料特性与微观结构的MARMOT程序的实验验证工作。通过设计、统筹并组织实施高难度原创性的介观尺度原位观测实验，恽迪带领团队实现了对氧化铀燃料晶粒生长及气泡生长的连续性原位观测，并获得了大量高质量的实验数据，为MARMOT程序的模型改进提供了关键的验证数据。

核燃料与材料研究团队合影

核安全与运行研究室合影

作为美国能源部核能大学（DOE NEUP）材料辐照效应项目的技术指导，恽迪为项目提供了极富价值的技术路线指引和阶段性的成果评估及反馈。他积极向上的工作作风和过人的专业素养为合作者们留下了深刻的印象，也为自己赢得了来自美国能源部高层的肯定。

在美12年，凭借扎实的学术功底，恽迪在核能领域已闯出了属于自己的一片天地，取得了一系列丰硕的学术成果。他先后在重要国际期刊上发表论文近24篇，发表会议论文40余篇；申请专利1项；2次获得美国核学会年会最佳论文奖，并同时担任Journal of Nuclear Materials、Materials Characterization、 Electrochimica Acta、Nuclear Technology等十多个国际期刊的审稿人和知名杂志Materials中核材料特刊的客座编辑。

恽迪告诉记者，自己选择核能专业时，就是希望将来能学以致用，为祖国的核能发展做一点贡献。但他清楚只有学到最好的知识和技术，这样的想法才能变成现实。经过十多年的蜕变，恽迪已羽翼丰满，在美国的宝贵积累，已为他回国投身核能事业做好了充分的准备。2015年，怀揣梦想，带着多年所学，恽迪踏上了回国的旅程，在西安交通大学开启了事业的新篇章。

平台助力，投身重点项目研发

文化底蕴深、学术氛围浓的西安交通大学，在传统核能领域里名列前茅的扎实积淀和雄厚实力，为恽迪工作的开展提供了非常理想的平台。

恽迪告诉记者：“目前，由于核能在国际上还是比较敏感的领域，所以我们不能寄希望于依赖国外的先进技术，而是要走出一条属于自己的自主创新之路。”

在全球加速发展核能的背景下，如何建立和完善先进的核燃料循环、提高铀资源利用率、合理利用和处理核废料是我国核工业发展的重心，也是恽迪工作的重心。

以研发具有中国自主知识产权的先进核燃料为目标，凭借坚实的理论基础，丰富的科研经历，恽迪带领团队开展了一系列前沿性的科研工作。其中“基于速率理论并结合相场及原子尺度计算的适用于快堆金属燃料的裂变气体释放及燃料肿胀模型研究”项目在恽迪刚加入西安交通大学，第一次申请国家自然科学基金面上项目时就获得了成功。“专家对这个方向的认可和充分肯定超出了我的预想，也更坚定了我把这件事做好的决心。”恽迪信心满满地告诉记者。

快中子反应堆不仅可以将天然铀资源的利用率从目前在核电站中被广泛应用的压水堆的约1%提高到60%以上，还可以嬗变压水堆产生的长寿命放射性废物，实现放射性废物的最小化，其发展和推广对促进我国核电可持续发展和先进燃料循环体系的建立具有重要意义。“铀锆合金(U-Zr)金属燃料被认为是快中子堆及其牵引的核燃料循环中在增殖性能、燃料循环经济性及安全特性方面具有独特先进性的核燃料，其在裂变气体释放与燃料肿胀方面的表现，对快中子反应堆的服役性能有着至关重要的影响。”谈起项目开展的背景，恽迪侃侃而谈。

自2017年1月开始启动至今，项目正在有条不紊地推进中。针对金属燃料中关键的裂变气体释放和燃料肿胀等技术问题，在已开展的基于速率理论的机理性研究基础上，恽迪带领团队拟采用结合相场理论、原子网格计算、分子动力学和速率理论的计算方法对这些问题进行深入地研究。

团队拟通过相场理论模拟研究金属燃料U-10Zr的物相形貌、分布与演变特点，并结合原子尺度模拟计算方法提供速率理论所需的有效平均场速率参数，建立快堆工况下金属燃料裂变气体释放及燃料肿胀随燃料燃耗变化的规律，阐明物相分布及形貌演变对金属燃料中裂变气体行为的影响，揭示裂变气体气泡与孔洞在金属燃料中导致肿胀的核心机制。从而进一步加深人们对金属燃料在快堆中辐照性能的理解，开拓相场理论，原子尺度模拟与速率理论相结合的应用，为金属燃料满足更高燃耗的设计以及金属燃料肿胀性质的调控提供理论依据。

恽迪非常重视团队的力量，他所在的西安交通大学核安全与运行研究室，目前已集中了一批有着多学科背景的优秀人才，在核燃料与热工水力的学科交叉方面，他的团队有着极大的优势。除此之外，与国内各高校及企业科研院所的深度合作，也使团队掌握了针对反应堆事故工况开展机理性研究的一整套比较完整的方法与体系。恽迪和他的团队正在为研发更先进的反应堆系统及燃料体系做着不懈的努力。

前路漫漫，唯踏实方能致远

2013年日本福岛核事故后，轻水核反应堆（轻水堆）燃料的安全性和事故响应成为广受国际社会关注的焦点。继而，世界各国都将大幅度改进轻水堆燃料抗事故能力作为其核能研发的战略核心。截至目前，很多事故容错燃料概念被陆续提出，包括使用导热性能更好的芯块材料替代氧化铀、改善现有包壳材料的抗腐蚀能力及使用不产生氢气的新型包壳材料等，其中使用安全性能显著提高的包壳材料受到了更为广泛的关注。

作为核能领域的大国，我国对事故容错燃料的研发也给予了高度的关注和大力投入。研发具有自主知识产权的事故容错燃料将使我国核燃料技术水平在国际处于领先地位，为实现从核大国向核强国的转变奠定良好的基础。

在如此重要的背景下，在锆合金包壳管的多元硬质涂层研究、碳化硅复合材料包壳管的性能改进研究及事故容错燃料的失冷事故（LOCA）模拟测试方法研究中谋求突破，通过不断完善团队自身建设和切实提高技术实力，恽迪将带领团队重点开展事故容错燃料及先进核燃料的基础科学和实验技术研究，努力为我国核燃料综合科技水平的提高贡献一份力量。

回国至今，为了尽快实现自己定下的一个个目标，恽迪将全身心投入到了科研工作中，一年中为工作飞行上百次对他来说是常有的事。“飞机如果晚点，有时凌晨三四点才能回到西安，到家就快五点了，睡上两三个小时，接着再去上班。”为了工作的顺利推进，恽迪已经忘记了疲惫。

对于未来的工作，他清楚唯有踏踏实实才能走得更远。

在加入核安全与运行研究室的同时，恽迪也加入了西安交通大学核科学与技术学院千人团队、先进核燃料基础科学研究中心及多相流国家重点实验室，他希望通过与这些团队的合作，促进交叉学科的融合和综合性研究工作的推进，从而形成具有原创性和自身特色的理论应用体系。

具体到每个方面，他制定出了如下计划。在学生培养上，他强调对学生主动性、独立性、创新能力和团队精神方面的培养，以实现所培养的人才与社会需求高度结合的目标。在团队建设方面，他强调针对性、稳定性、高效性和高水平支撑功能。他希望通过与其他团队的合作，培养出一批素质好、喜欢钻研的年轻人，并独立形成一支在先进核燃料研发领域具有国际影响力的高水平团队。在科研方面，他强调前沿性、原创性、前瞻性和对学科发展的引领作用。在国际合作方面，他希望在和美国一流高校及国家实验室已有的合作基础上，进一步拓展国际合作空间，开展与法国、日本、韩国、德国等核燃料领域专家的合作，为进一步提升西安交通大学在核科学与技术领域的影响力做一点贡献。

“无所畏惧，乐观积极，以从容的心态迎接每次挑战，以严谨的精神对待每个课题，以前沿的理念影响每位学生。”谈到个人规划时，恽迪为自己定下了这样的目标。