核能在促进社会经济发展的同时，对人民生命财产的安全也有着极大的威胁，运用高新科技保证核反应堆的安全，已经迫在眉睫。中山大学“百人计划”专家周文忠和他的团队正在为此竭尽全力，并取得了突破性进展。

周文忠，博士，中山大学中法核工程与技术学院“百人计划”副教授，此前任香港城市大学机械与生物医学工程学系核能与风险工程助理教授，多相流与多物理场实验室负责人。分别于1996年和2002年在天津大学获得学士及硕士学位；2010年在普渡大学获得核能工程专业博士学位，主要从事核能热工水力和事故容错燃料研究；2011—2012年在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室进行锕系元素燃料的建模与分析，以研究该燃料的性质和性能。目前研究方向包括事故容错燃料、多物理场完全耦合核燃料与包壳材料性能分析、多相流及热传递、核能热工水力以及严重事故及反应堆安全，主持香港研究资助局基础研究项目2 项，中欧项目ALISA（Access to Large Infrastructures on Severe Accidents in EU and China）1 项，在相关领域发表论文80 余篇，并担任期刊Journal of Power Technologies、Energy and Environment Research和 Mechanical Engineering Research的副编辑，是ICONE26 的“学生论文竞赛”与“核燃料/材料、核物理与传输理论”主题共同主席，以及美国能源部科学办公室基础能源科学项目EPSCoR 评审人。

创新不止，从未偏离轨道

作为国内外核反应堆安全保障的权威专家，国外的学习和科研经历，让周文忠养成了“严、慎、细、实”的科研态度，同时，又传承了我国科学家浓郁沉淀的家国情怀。

在美国普渡大学攻读专科工程博士学位之前，周文忠在天津大学攻读方向主要集中在热和流体等领域，到美国普度大学后转向学习核能工程专业。那段时间，他不仅接受了当时世界上最前沿的工学和工程专业教育，同时接触了众多领域内的知名专家学者，为他在该领域的发展起到了很好的奠基作用。

在普渡大学学习期间，周文忠开展了核反应堆的被动式冷却系统研究，以及二氧化铀和氧化铍复合材料的新型反应堆燃料研究。博士毕业后，他开始到美国洛斯阿拉莫斯国家实验室工作，该国家实验室是世界上最早开展原子弹相关研究的研发单位。当时，该实验室正好与爱达荷国家实验室等单位合作开发一个软件来模拟反应堆的燃料行为，周文忠也有幸参与其中，从而明确了自己的科研方向，积累了丰富的实践经验。

离开美国后，周文忠到香港城市大学担任助教教授，在这6年的时间里，他主要延续了在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和普渡大学的研究工作。利用其掌握的燃料性能预测工具开发的方法，开发了一个新软件，在核反应堆燃料安全性能预测上做出了重要贡献。

多年来，周文忠和团队对很多事故容错燃料都做了相关研究，逐渐形成了较为系统的科研体系，在核能领域的权威期刊发表了30余篇相关文章。同时，与美国的普渡大学、加拿大的皇家陆军学院、日本的东北大学、法国的CEA 等国际院校和科研单位建立了合作关系。

周文忠深知，他和团队自主研发的软件模块，不仅是中国的需求，更是全世界很多国家共同的需求。各国都希望通过燃料性能预测软件来了解各种新型燃料，尤其是事故容错燃料，了解现有的反应堆以及下一代新型的反应堆中的相关物理现象和性能表现情况。他们所开展的研究工作，无疑为中国在下一代核反应堆和事故容错燃料的研发上提供了一定的技术支撑。

科研报国，为核反应堆安全护航

2019年，周文忠以“百人计划”专家的身份回到中山大学中法核工程与技术学院。在美国、香港多年的工作和科研过程中，学习了众多国际上比较先进的核能工程相关知识，参与了很多国际上比较先进的科研项目，他希望将自己学到的知识和积累的丰富经验带回祖国，在国内核能工业大发展的时期，贡献自己的一份力量，也让自己的科研工作得到更好的发展。

核反应堆安全可以通过2 种途径解决，一种是事前主动性的，另一种是事后被动性的。对于事后被动性地减轻事故的后果，周文忠及其团队主要是通过管束池沸腾和凝结的热工水力系统来保证反应堆发生事故之后的冷却能力，并进行了相关实验和模拟工作。对于事前主动性的燃料设计工作，因为核反应堆中的传统燃料是二氧化铀（UO2），其热导率很低，导致其在事故状态下堆芯熔化的可能性显著增加。周文忠及其团队在研究中采用事故容错燃料，例如采用UO2和氧化铍以及UO2和碳化硅构建增强热传导性的复合燃料，或是采用硅化铀来替代传统的UO2燃料，在包壳材料方面也尝试采用铁铬铝或碳化硅来替换现有的锆合金材料。因为锆合金的包壳材料会和水发生化学反应，产生氢气，在事故工况下氢气爆炸的可能性大大增加，正如日本福岛核事故所发生的情况一样；但碳化硅属于陶瓷材料，基本上不会和水发生反应，铁铬铝虽然也是金属，但和水发生反应几率非常小。

文章来源：《生物医学工程学杂志》 网址: http://www.swyxgcxzzzz.cn/qikandaodu/2021/0406/539.html