陆跃翔

1964年10月16日，一声“东方巨响”震惊世界。我国第一颗原子弹成功爆炸，打破了超级大国的核垄断。国庆70周年阅兵式上，东风-41核导弹方阵压轴出场。东风快递，使命必达，是我国安全的重要保障。

核能作为一种零碳排放的清洁能源，还在用另一种方式守护着我们美丽的碧海蓝天。近年来我国的核电事业发展迅速，总装机容量已经位列世界前三，预计2035年将超过美国，成为世界第一。

无论是核武器还是核电站，它们的发展都离不开一种重要的资源——铀。目前，铀资源主要来源于陆地铀矿的开采。而我国铀资源的储量和产量在世界上排名仅在第10名左右，远远不能满足我国核事业快速发展的要求。因此，发展非常规的铀资源开采和利用，就具有重要的战略意义。幸运的是，在美丽的大海之中就蕴藏着丰富的铀资源。据统计，海水中铀的总储量达到45亿吨，是陆地铀矿的上千倍，足够人类使用上万年。更重要的是，全世界的海水是流通的。这也就意味着，如果哪个国家率先掌握了海水提铀的技术，那么它就对全世界海水中的铀资源拥有了优先开采权。因此，《自然》曾发表评论，将“海水提铀”列为“能改变世界的七种化学分离技术”之一。

虽然海水提铀前景非常美好，但是技术难度却非常大。它的难点主要来源于两个方面。首先，虽然海水里面铀的总量很大，但是浓度非常低，每吨海水中仅有0.0033克铀。这是个什么概念呢？一个标准泳池，长50米，宽25米，深3米。如果我们把泳池里面灌满海水，那么里面铀的含量只有12克，大概相当于我们平时喝咖啡用的3颗方糖的量。而且大家都知道，海水是咸的，这是因为海水中含有大量的盐分。在这样一池海水中，就有多达150吨盐，相当于43万袋我们平时用的食用盐。大家不妨设想一下，无论是在这一池海水中把溶解在其中的3颗方糖提取出来，还是在43万袋食盐堆成的盐山中把分散在其中的12克糖一粒粒挑选出来，都几乎是不可能完成的任务。而科学家，就是要将不可能变成可能。而且我们还喜欢在科研中寻找乐趣。

我们可以把海水提铀看作一个钓鱼的游戏，而我们的任务就是要从成千上万种鱼当中钓出那1条具有特殊花色的鱼。提到钓鱼，我们知道首先要有鱼钩。如果是用普通的鱼钩，是愿者上钩，所有的鱼都有可能来咬钩。这也就意味着，我们可能要钓一百万次才能钓到1条我们所要的铀。因此，科学家设计合成筛选了各种各样的“鱼钩”，也就是捕获分子。尝试了不同的元素组成，不同的官能团组成，不同的大小，不同的形状，最终找到了这样一种偕胺肟基团。它特殊的结构和组成，可以在众多的“鱼”当中准确识别出铀，并把其牢牢抓住。

有了这样优异的“鱼钩”，接下来就是要把“鱼钩”固定在“鱼线”上。我们知道鱼线是很柔软的，同时又很坚韧。聚合物纤维材料，恰好能够满足我们的要求。我们首先合成出纳米级的纤维，然后通过化学方法将捕获分子修饰到纤维表面，就好像把鱼钩一个一个挂到鱼线上。又由于我们的“鱼线”有很高的机械强度，我们可以进一步对其进行加工，纺织成丝，编织成网，缠绕成束，最终把渔网束固定到特制的“钓竿”上。右图就是钓竿的最终形态。它是不是像一颗海草一样？

做好了钓竿，接下来就要下杆钓鱼了。只不过，我们要做的是种一片巨大的海草场。每一根海草有60米高，整片海草场有1000多平方千米。下完钩，钓鱼最需要的就是耐心。接下来，我们只需要静静地等待，等待海草随波飘摇，等待着“鱼儿”游过我们的海草场，被“鱼钩”捕获下来。这就是，目前世界海水提铀通用的方法——吸附法。但是，在收获的季节我们发现一个很重要的问题。那就是，我们花了这么大的力气建造的海草场，抓到的“鱼”不够多，这就导致每条“鱼”的单价成本太高，不能满足商业化的要求。这是什么原因造成的呢？

经研究，原来是因为我们的铀离子是带电荷的，由于静电相斥的作用，当一个“鱼钩”捕获了铀之后，其他的铀离子就很难再靠近这个离子，导致周围有大量的“鱼钩”被空置了。怎么办呢？我们一个很直接的想法就是把铀离子的电荷中和掉，让它不再带电就好了。可是电，又从哪里来呢？如果采用人工发电或者人工输电的方式，无疑又会提高成本。怎么办呢？我们设想用海草。对了，海草除了随波飘摇，除了抓鱼之外，还有一个重要的特性，那就是利用太阳光的能 量。

我们合成了一种特殊的纳米光催化剂，把它复合到我们的海草材料中，赋予它利用太阳光的能力。这样，当海草吸附了铀离子之后，还可以吸收太阳光的能量，产生光生电荷，光生电荷就可以中和铀离子的电荷，把它转变为中性的纳米颗粒。没有了静电斥力，这样铀离子就可以源源不断地靠近海草并被捕獲下来。实验结果发现，我们的特制海草，在光照的条件下，对铀的吸附容量能够提升10倍之多。相关研究成果，我们已经申请了国家发明专利，并发表在了国际顶尖期刊上。

虽然我们在海水提铀技术上取得了一点进步，但是要实现其商业化应用，依然任重而道远。因为海水提铀是一个需要多学科交叉、多单位共同合作的系统工程。国际上的主要核能国家早已投入大量人力物力，研究多年。而我国，要想实现从跟跑到并跑再到领跑，需要我们这一代人不断努力。前路漫漫，但是我们有足够的信心。

因为我们记得：60多年前，曾有一群平均年龄只有23岁半的清华师生，面对国外的核封锁，响应国家号召，来到昌平南口，虎峪山下，要用自己的双手“开创祖国原子能事业的春天”。他们从零开始，艰苦创业，建成了我国第一座屏蔽试验反应堆;他们无惧艰辛，反复探索，完成了“712”任务，为我国两弹事业建立了赫赫功勋。今天，作为新一代的“235”人，将传承老一辈“235”的光荣和使命，知难而进，众志成城，担当起祖国和时代赋予我们的使命！核能报国，科技报国，为了祖国的和平与安全，为了中华民族的伟大复兴！