一、学科点介绍

    核科学与技术是一门由基础科学、技术科学及工程科学组成的综合性很强的尖端学科。该学科涵盖了四个专业方向，分别为：核能科学与工程、核燃料循环与材料、核技术及应用、辐射防护及环境保护。本学科点主要针对核能开发和核技术应用过程中的基本原理、应用技术和工程问题开展研究，研究内容涵盖核科学与技术、物理、化学和材料等多种学科。该学科具有涉及面广，学科交叉点多等特点。学科点硕士生培养目标为涉核生产单位、医院、环境监测以及科研院所的运行、保障人员。博士生培养目标为高校、科研院所和涉核生产单位相关领域的科研人员。

 

二、学科点研究方向

研究方向1：核能科学与工程(082701)

    导师团队：陈熙萌（教授 博导）、邵剑雄（教授 博导）、顾龙（教授 博导）、李公平（教授 博导）、刘志毅（教授 博导）、兰长林（教授 博导）、陈林（教授 博导）、邱玺玉（副教授、硕导）、崔莹（副教授 硕导）、郭艳玲（副教授 硕导）、张世旭（副教授 硕导）、潘小东（副教授 硕导）、丁晶洁（讲师 硕导）、杨爱香（讲师，硕导）

    核能科学与工程学科是国家发展核能事业和国防核工业的基础，也是国家综合实力的重要标志之一。目前，裂变核能已得到了广泛的发展和成功应用，第四代裂变反应堆物理与技术已发展成熟，正在逐步推进其工程应用；聚变核能研究近年来也取得了较大进展，它的成功必将为人类最终解决能源问题做出重大贡献。核能科学与工程方向主要研究先进裂变核能、聚变核能及其他核能相关的科学问题、技术问题和工程应用问题。

    本学科点该方向的主要研究领域包括：新型同位素电池研制、第四代铅基先进裂变反应堆技术及工程应用、低温供热堆技术及工程应用、模块化反应堆核电源技术及工程应用、加速器驱动次临界核能系统物理及技术、先进核能系统安全分析、聚变中子源技术及工程应用、低能聚变反应物理效应、聚变堆第一壁和包层材料及其快中子辐照损伤、先进反应堆快中子截面数据与核能设备专用新型耐核辐射功能涂料研发等。近年来，该方向研究团队面向国家重大需求，聚焦中心工作，推动高质量发展，在平台建设、队伍建设、人才培养、科学研究、社会服务方面取得了系列成果。研究团队近年获批科技部国家重点研发计划、基金委国家优秀青年科学基金项目、军委科技委创新重点项目等科研项目10余项，发表高水平研究论文20余篇，申报国家发明专利10余项。

    近年来导师团队在该方向取得若干代表性成果，主要包括：

    1.同位素核电池的研制：完成了新型同位素电池研制及反应堆核电源总体设计、标准同位素热源模块设计和输出热特性仿真、先进热光电转换及匹配、热光电式同位素电源系统样机研制及综合性能测试等研究内容，突破了标准同位素热源模块等效模拟体的设计及建造、小体积大温度梯度下的高效热控、耐高温大面积辐射器的高效光谱发射、耐高温大面积过滤器的高效过滤反射、光学腔高效能量传输、国产化光电晶元研制等关键技术，研制出了高效率热光电式同位素电源样机系统。研制了国内首台适用于海洋和空间环境的热光电式同位素电池原理样机系统和热管堆热光电原理样机，其具备能量转化效率高、体积小、重量轻等特点，主要技术指标达到国际先进水平。

    2.嫦娥探测器月面软着陆中伽玛射线精确测高技术：与中国空间技术研究院合作，共同提出了嫦娥探测器月面软着陆中利用伽玛射线在低高度处精确测高的系统性工程技术方法，成果应用于嫦娥三号、四号、五号任务。

    3.反应堆堆芯中子通量自给能探测技术：成功研制了应用于我国高通量工程试验堆军用核燃料辐照生产任务的堆芯自给能中子通量探测系统，经堆外全面测试及堆内长期多轮次测试，该堆芯中子通量监测系统在机械性能、绝缘性能、耐压耐腐蚀、抗辐照、灵敏性等方面，达到国际先进水平。

    4.离岸固定式铅冷快堆关键技术：面向南海海洋偏远环境下的生活生产、军队保障、油气开发等能源需求，提出并设计了我国首个基于纯铅冷却的离岸固定式一体化全自然循环小型铅冷快堆，该方案电功率为20 MW，实现全寿期40年不换料。项目研究成果成功获国家重点研发计划资助（2020YFB1902100）。

    5.铅冷热源联合制氢及高效热电转换技术：面向氢能的绿色制取与高效热能转换技术瓶颈，以MW级非核池式铅冷热源为基础，联合多途径制氢技术并实现非核高温热源下的高效率热电转换，研制我国首个多用途一体化的铅冷快堆核能制氢及发电示范装置。实现目标：装置总热功率不小于800 kW、可实现稳定电功率输出不少于10 kW、热电转换效率不小于20%、制氢效率不低于25%、实现制氢纯度不小于60%。

    6.兰州实验先进研究堆应用研究：为推进城乡供热领域低碳转型，助力实现“双碳目标”，开展兰州实验先进研究堆（全称Lanzhou experimental advanced reactor，简称LEADER）应用研究。采用泳池式反应堆设计，可进行核能供热演示验证（供热温度参数与商用供热堆保持一致），并具备辐照考验、科学研究、技术人员培训等用途，同时配套建设Mo-99、I-131和I-125实验生产线，年产Mo-99、I-131和I-125分别不低于150000 Ci、4000 Ci和25000 Ci；另外，预计年辐照生产单晶硅达50 t。

    7.耐辐射的涂料研制：现拥有自主知识产权的环氧树脂涂料和有机硅树脂涂料配方，配方涂料满足国家耐核辐射功能涂料相关规定，配方涂料常规性能、抗辐射性能、去污性能优异等指标国内领先。

    8.同位素电池机理研究：创新性地提出多种复合式换能机制、PZT换能机制、聚光型热光伏、深海Sr-90电池的同位素电池方案，已申请国家专利10项，已获批国家发明专利6项、实用新型专利1项。基于一种热离子-光电-热电复合式同位素电池及其制备方法专利，获批JWKJW创新特区重点项目一项。

 

研究方向2：核燃料循环与材料(082702)：

    导师团队： 吴王锁（教授 博导）、侯小琳（教授 博导）、郭治军（教授 博导）、严则义（教授 博导）、陈愫文（教授 博导）、史克亮（教授 博导）、Pavle Mocilac（教授 博导）、李湛（研究员 博导）、刘斌（教授 博导）、潘多强（青年教授 博导）、柴之芳（教授 博导）、张锦（教授 博导）、田龙龙（青年研究员 硕导）、陈宗元（副教授 硕导）、王寅（副教授 硕导）、徐真（副教授 硕导）

    核燃料循环与材料对于核能安全高效发展至关重要。该方向面向国家重大需求，围绕核燃料循环后段，即乏燃料后处理技术，以材料研发、设备研制、工艺开发为主线，开展乏燃料中铀钚提取、超铀元素和关键裂变产物分离相关的科学研究和技术转化，解决核燃料循环过程中所面临的核素高效分离和提取的关键问题。主要研究领域包括：锕系元素配位化学、海水提铀、镧锕分离、轻同位素分离、裂变产物分离、超铀元素分离、废物处理和处置等。近年来，该方向研究团队聚焦中心工作，推动高质量发展，在平台建设、队伍建设、人才培养、科学研究、社会服务方面取得了诸多成果。研究团队近五年获批基金委重大仪器专项、基金委重点项目等科研项目80余项，发表高水平研究论文100余篇，申报国家发明专利20余项，形成具有工程化应用前景的科研成果10余项，团队成员获得国家级课程思政教学名师、宝钢教育教学特等奖、全国优秀教师、全国五一劳动奖章等多项荣誉。

    近年来导师团队在该方向取得若干代表性成果，主要包括：

    1.镧锕分离：镧锕分离（尤其是三价镧锕分离）及三价锕系组内分离对于先进燃料循环的建立具有重要的意义。研究团队筛选合成了含氧的有机磷、有机酰胺疏水性萃取剂，以氧硬供体原子络合镧系离子，选择性地将镧系元素萃取到有机相中；借鉴有机合成方法学的新成果，以含氮的杂环为母体，合成了一系列新颖的、亲水的含氮杂环类的络合剂，在水溶液中以氮软供体原子选择性地络合Am(III)离子，将其固定到水相中。基于软硬酸碱(HSAB)理论，采用两相间的竞争性萃取策略，实现了三价镧、锕系元素的高效分离。相关工作发表在化学工程类顶级期刊《Chemical Engineering Journal》及其它重要期刊上。

    2.海水提铀：针对目前海水提铀材料所面临的困境及其关键科学技术问题，面向国家需求，拓展不同体系的新型海水提铀材料。通过研究提铀材料结构调控对铀酰离子配位机制、吸附机理的影响规律，形成高效海水提铀功能一体化的设计方法；在多因素协同下，发展具备铀酰离子特异选择性吸附、高吸附容量、快吸附速率、抗生物粘附、低能耗等优异性能的新型提铀材料，并逐步实现其工程化应用，使其真正成为改变世界能源格局的重要技术。

    3.含铀废水净化处理：针对不同工况来源的含铀废水，设计开发了系列吸附容量高、选择性好、稳定性优异的功能化磁性吸附剂和氮化碳基光催化纳米材料，用于含铀废水的净化处理。通过第一性原理计算和先进光谱技术揭示了铀在复合材料的表/界面结构信息，阐明了铀的固定机制，实现了铀的高效分离和富集，建立了基于吸附/光催化技术的复杂体系废水处理工艺和评价方法，为含铀废水高效净化工艺的完善提供了理论基础和依据。

    4.高效膜分离技术：膜分离作为一种清洁、高效、经济的分离方法被应用于诸多领域，主要利用其对孔径的限制作用实现不同尺寸颗粒物的分离，但无法对大小相近，性质相似的多离子体系进行过滤分离。研究团队通过重离子辐照、阳离子掺杂等措施调控膜材料表面及膜层间孔的数量、尺寸和形貌，同时对孔上的配位基团进行精准的功能性化学修饰，获得高选择性类细胞膜的超级过滤膜和可控膜层尺寸的过滤膜，利用其孔径大小对水溶液中的无机离子进行选择性分离。同时自主设计和组装了渗透过滤装置并开展了渗透实验，实现了多种离子的分离。

    5.放射性废物处理与处置：放射性废物安全处置对于核能可持续发展与核环境安全至关重要。研究团队采用静态批式实验、光谱学分析和理论计算相结合的方式，测定了核素在典型环境介质上的吸附作用，构建了我国不同地区粘土的吸附模型，揭示了放射性核素硅酸盐、水解产物等“真”胶体的形成过程及特性，阐明了不同放射性胶体的相互作用，提出添加正电性并材料利用静电相互作用改善膨润土抗冲蚀性的新思路。研究结果填补了国内研究空白，为我国高放废物处置库的安全评价提供了重要的数据与模型参考。

    6. 复杂基体中放射性核素准确分析：复杂基体中放射性核素准确分析针对乏燃料后处理、核设施退役、环境放射性安全评估等至关重要。研究团队开发了基于质谱的系列难分析放射性核素的快速、准确分析技术，解决了复杂基体中痕量放射性核素的高效提取问题，实现了对目标放射性核素的高回收率和干扰元素的高去污系数；采用流动注射原理研究多核素逐级分离流程和微机控制的自动化分离装置设备，建立了放射性核素快速、自动化分析技术，研制了集分离、分析和检测一体化的塑闪树脂和相关设备，相关技术可实现多样品的同时测量，也可实现批量样品的联合快速分析。

 

研究方向3：核技术及应用(082703)

    导师团队：姚泽恩（教授 博导）、刘志毅（教授 博导）、韦峥（青年教授 博导）、黑大千（青年研究员 博导）、李东仓（教授 硕导）、尹永智（教授 硕导）、徐大鹏（教授级高工 硕导）、刘军涛（副教授 硕导）

    核技术及应用是一门综合性学科，在裂变核能、聚变核能、核装置、核动力、前沿科学研究、医学和工农业生产等各个领域有极其广泛的应用，对服务国家战略和经济社会发展有重要作用。主要研究领域包括：加速器物理与技术、射线与物质的相互作用、辐射成像技术、辐射探测方法、辐射加工技术、核仪器仪表、同位素生产与应用、辐射生物学技术、材料改性技术等方面。近年来，该方向研究团队聚焦中心工作，推动高质量发展，在平台建设、队伍建设、人才培养、科学研究、社会服务方面取得了诸多成果。在高压加速器技术、直线加速器技术、高压特种电源技术、宇宙射线缪子成像技术、中子成像技术、中子活化分析技术、硼中子俘获治癌技术、辐射探测器技术、同位素生产与分离技术、中子辐照育种技术、核医学成像技术和各类核仪器仪表及其应用研究等方向取得突出成果。研究团队近五年获批国家基金委重大仪器专项、重点项目、科技部国家重点研发计划青年科学家项目等科研项目60余项，发表高水平研究论文100余篇，申报国家发明专利20余项，形成具有工程化应用前景的科研成果10余项。

    近年来导师团队在该方向取得若干代表性成果，主要包括：

    1.加速器物理与技术：开展直线加速器物理与技术、高压加速器物理与技术、加速器关键部件的研发工作，已自主研制并建成400 kV强流高压加速器平台、RFQ加速器平台、离子源平台等装置，为我国核物理基础研究提供了良好的实验平台。

    2.加速器中子源技术及中子应用技术：开展强流D-D/D-T中子发生器和紧凑型D-D中子发生器的物理研究及技术研发等工作。成功研制的兰州大学ZF-400强流D-D/D-T中子发生器，为中子物理基础研究和中子应用技术研发奠定了基础；成功研制的兰州大学紧凑型D-D中子发生器，中子产额达到6.8×108 n/s，技术水平达到国内领先，国际先进行列（工信部），技术成熟度8级。依托中子发生器平台开展中子核反应、中子成像技术、中子活化分析技术、中子探测技术、中子辐照育种等方面的工作。

    3.宇宙射线缪子成像：开展缪子成像技术研发工作，搭建了国内首台套基于三棱柱塑料闪烁体的缪子成像系统LUMIS和CORMIS系统，并在国内首次实施了缪子科技考古的现场应用，此外，正在开展宇宙射线缪子技术在矿藏勘探的概念性验证与应用等工作。

    4.硼中子俘获治癌技术：开展基于直线加速器的硼中子俘获治疗、快中子辐射治疗装置研发及硼中子俘获治癌技术研究等工作，申请并获批多项发明专利。

    5.高压特种电源技术：开展高压直流电源技术、隔离供电电源技术、工频供电系统等技术研究与设备研发工作。其中，自主研制的多台特种电源设备提供给清华大学、中国原子能研究院、中国工程物理研究院等单位，得到了用户的高度好评。

    6.同位素生产与分离技术：开展基于中子/高能质子诱发重核裂变的稀有同位素生产技术研究与设备研发工作，并开展稀有同位素的高效获取与应用等工作。

    7.核医学成像：开展α/β核素诊疗一体化、半导体光子计数CT、高灵敏度高分辨率PET/SPECT、质子重离子硼中子粒子放射治疗、靶向放射性药物和分子影像探针、人工智能成像算法等技术研发工作。

 

研究方向4：辐射防护及环境保护(082704)

    导师团队：王铁山（教授 博导）、李玉红（教授 博导）、彭海波（教授 博导）、张利民（教授 博导）、方开洪（副教授 博导）、王强（副教授 硕导）、陈亮（副教授 硕导）、赵江涛（副教授 硕导）、关兴彩（副教授 硕导）、杨冬燕（讲师 硕导）、张硕（讲师 硕导）、律鹏（博士后）

    该方向针对辐射场随时间、空间分布的特性、屏蔽方法以及环境与辐射场的相互作用开展研究。它的研究对生态环境、人类社会活动和核能安全利用至关重要。该方向主要研究内容包括：极端条件下辐射场与环境相互作用，辐射场探测，辐射场时空演化模拟，辐射场屏蔽和防护，核废物及危险废物的处理与处置技术，抗辐射材料的开发与评价，废物资源化技术，放射性物质及有毒有害物质在土壤、水体和大气等介质中的迁移、转化、扩散规律，核废物和危险废物管理的环境影响评价与安全分析等。研究团队近五年获批国家重大专项子课题、国家自然科学基金重点及面上项目等科研项目10余项，主持横向合作课题20余项，发表高水平研究论文120余篇，申报国家发明专利5项。

    近年来导师团队在该方向取得若干代表性成果，主要包括：

    1.玻璃固化体的辐照效应：针对国际上广泛使用的高放废物玻璃固化技术中玻璃体的辐照效应开展研究，设计了玻璃固化体辐照效应的快速模拟方案，建立了玻璃固化体辐照效应的标准研究方法，研究了不同种类辐照对玻璃固化体的辐照效应，探索得到玻璃固化体辐照效应对应的微观机理，得到α衰变的反冲核和α粒子对玻璃固化体的影响，得到硼元素对辐照效应的影响。并初步建立了α衰变条件下辐照后玻璃固化体性能退化模型。在国家留学基金和国际原子能机构（IAEA）资助下，参与此项研究的导师与国际同行开展了广泛的合作，建立了稳定的合作关系，并派出多名研究生开展长期的国际交流。

    2.陶瓷材料和玻璃陶瓷材料固化技术：利用新处理法研究了单一钙钛锆石相玻璃陶瓷的最佳制备条件；探究了体系对不同模拟放射性核素的最大包容量；并结合离子辐照技术，从非晶化剂量、模拟核素分布、表面形貌变化等角度评估了钙钛锆石玻璃陶瓷的抗辐照性能。针对一系列潜在的高放废物陶瓷固化基材开展了详细的制备、微观结构表征和服役性能测试，包括烧绿石、钙钛矿、钙钛锆石、磷灰石、方钠石等，其中部分微观晶格数据被收集于The International Centre for Diffraction Data (ICDD)数据库。首次揭示了烧绿石型氧化物在离子束辐照下发生晶格肿胀的微观机制，确定了阳离子反位缺陷在烧绿石氧化物辐照结构演变中的重要作用。对纳米烧绿石和块状烧绿石的辐照行为进行系统研究，揭示了晶粒尺寸分别对烧绿石氧化物在低温和高温下的辐照行为的影响与机理，相关结果为设计和发展纳米陶瓷核材料提供了新的思路。

    3.半导体器件（材料）辐照效应：针对半导体器件（材料）开展研究，研究不同种类的器件（材料）在离子和激光作用下的辐照效应。基于热峰模型进一步提出了单粒子效应的物理过程模型和激光诱发的单粒子效应的物理过程模型。同时开展了不同半导体材料在不同辐射场中的辐照效应研究，开发半导体材料辐照效应的模拟仿真程序和实验方案，研究结果对减少航空航天中单粒子效应，提高元器件的可靠性有重要作用。

    4.低能核反应研究：低能核反应是通过核素在伽莫夫能区“燃烧”，其燃烧速度主要由各反应通道的核反应截面所决定。课题组围绕国际热点难点的“锂丰度”问题，开展了锂同位素周边核素反应基础核数据测量，研究结果对解释天体物理中元核丰度和分布起重要作用。

    5.辐射场探测技术与辐射防护：针对不同条件下核探测需求，设计开发了多款粒子探测器，围绕中子探测，研发堆低通量阵列式中子探测器、注水型便携式中子能谱仪、离线中子能谱“热释光片”。建立了BNCT治疗束中子通量精确测量方法，发展了中子能谱测量方法与关键技术，解决了BNCT中子束能谱准确测量问题。结合外骨骼机器人，研发强场下外骨骼机器人快中子防护服。特种水泥屏蔽材料开发，研制特殊需求（耐高温、抗冲击等）的屏蔽材料。

 

三、相关课程和基础要求

    硕士：

    牢固掌握马克思主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想的基本原理，坚持科学发展观，高举习近平新时代中国特色社会主义思想伟大旗帜，全面贯彻党的十九大精神，拥护中国共产党的领导，拥护社会主义制度。遵纪守法，具有良好的思想品质、实事求是的科学态度和严谨的科学作风。

    入学前应熟练掌握普通物理、高等数学、数学物理方法、原子核物理、射线与物质相互作用、核电子学以及基本的编程语言与数值计算方法等基础知识；掌握一门外国语，具备一定的听说读写能力。

    通过硕士期间系统学习后，能掌握中子物理与技术、材料分析测试、放射性废物处理处置化学、先进分离技术等基础知识；具备一定的人文社科知识基础，熟练掌握研究方向相关的专业知识；具备有效获取各自方向专门知识的方法和能力；熟练应用已有研究方法及解决实际工程问题的能力；熟练掌握1门外国语，具备良好的交流以及专业外文写作与资料查阅能力。

    博士：

    牢固掌握马克思主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想的基本原理，坚持科学发展观，高举习近平新时代中国特色社会主义思想伟大旗帜，全面贯彻党的十九大精神，拥护中国共产党的领导，拥护社会主义制度。遵纪守法，具有良好的思想品质、实事求是的科学态度和严谨的科学作风。

    入学前应熟练掌握普通物理、高等数学、数学物理方法、原子核物理、射线与物质相互作用、核电子学以及基本的编程语言与数值计算方法等基础知识；具有一定的数值分析与模拟能力；熟练掌握一门外国语，具备一定的听说读写能力。

    通过博士期间系统学习后，能掌握中子物理与技术、反应堆物理、核材料物理、核材料化学、材料分析测试、放射性废物处理处置化学、先进分离技术等基础知识，具备一定的人文社科知识基础，熟练掌握研究方向相关的专业知识，具备有效获取各自方向专门知识的方法和能力，具备独立在实验室工作的技术能力，具有良好的团队合作能力，具备较强的组织协调能力和工程实践能力，熟练掌握1门外国语，具备良好的交流以及专业外文写作与资料查阅能力。