核能是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的主力能源之一。核安全是核能的生命线，是影响全球核能产业发展的关键。创造先进的核安全理念，研发高度安全且富有经济竞争力的反应堆是全球核电强国的追逐焦点。曹克美从事核安全研究逾15载，在对美、俄、法等核电强国核安全技术消化吸收、融会贯通基础上，深刻认识到当前反应堆面临的主要风险是在超预期的、极端环境条件下堆芯核燃料无法获得持续冷却而升温熔化，并最终导致丧失放射性屏障。汲取历史上三次核电严重事故教训，创新研发高度简化、不依赖动力电源及其他复杂系统、无需人员干预的高功率反应堆和小型堆安全系统，并开发大型、高参数的试验研究平台，开展充分的试验研究，支持“国和一号”通过国家审查以及国际原子能机构通用技术评审，助力其成为当今国际上具有最佳安全性与经济性的三代核电堆型，圆满完成国家科技重大专项任务。曹克美的创新价值和主要贡献主要体现在以下三个方面： 1）开发高功率反应堆的全场景、全流程、高可靠安全技术及大型试验研究平台 作为主要负责人之一，针对电功率大于1350MW的高功率反应堆，深入研究和掌握全部事故现象机理，提出创新的事故缓解理念和具体安全技术，采用能动的纵深防御系统、非能动的专设安全系统、反应堆内、外同时冷却的熔融物滞留系统，多层次应对各种可能发生的事故。反应堆保护效果达到同类国际最佳，非失水事故不发生堆芯偏离泡核沸腾，小破口事故不发生堆芯裸露，远高于最高安全标准要求，概率安全指标优于国际标准两个量级。 建立国际先进的非能动安全大型综合性能试验平台的研发，从反应堆安全传热机理和事故特征上理清未造成堆芯熔化的事故对策，全面提升高功率非能动反应堆事故应对能力。通过试验方案和比例分析理论创新，试验平台涵盖反应堆主要系统，实现对原型事故工况全范围、高保真模拟。通过试验系统及设备工艺设计、关键测量方法等创新，解决模拟及测量难题。堆芯功率、系统数量、测量通道、模拟重要现象数量等综合性能指标处于国际前列，成为我国首次在该领域入选经合组织（OECD）国际标准题。 2）研发国际上综合性能最高的大型含铀材料熔融物试验装置 作为负责人，针对严重事故后反应堆内核燃料熔融作用机理这一国际难题，采用含铀的真实堆芯熔融物材料，成功完成不同组分熔融物相互作用试验，试验装置最大装料量超过200 kg，为目前国际最大量级。通过合理的电磁感应控制和屏蔽技术，首次实现了对熔炼工质的精准定位加热，准确模拟熔融物衰变热分布；使用二次投料设备及控制理论首次模拟并真实反映了堆芯熔化、坍塌过程中的熔融物瞬态现象，并可对熔融物液面进行精确测距定位。试验获得了宝贵的真实条件下熔融物作用试验数据。通过该试验研究超高温下熔融材料物相、热力学反应、动力学作用、熔池结构等现象机理，构建理论模型。基于试验数据阐明熔融物相互作用机理规律，完成热力学数据库开发，为熔融物行为分析提供了可靠工具，实现高保真仿真模拟。 3）构建小型一体化反应堆安全技术体系并开发整体性能试验平台 作为负责人，自主研发用于北方供暖或其他用途的一体化小型堆安全系统，构建创新的安全技术体系，支持小型堆实现高度安全、集成和灵活的设计特征。自主设计开发一体化全自然循环反应堆整体性能试验平台，解决了一体式装置一次侧流量计设计、布置及标定难题，解决了复杂的堆内设备部件以及模拟电加热系统设计和布置难题，开展了一体化设计扰动后系统的自稳定性研究；开展了同一台架上对稳态运行和瞬态扰动的全过程模拟研究为一体化全自然循环反应堆研发奠定了重要的试验技术基础，基于试验数据的分析，开发机理性分析程序模型，满足了小型反应堆安全分析需求。通过小型一体化反应堆整体性能试验及程序分析研究，论证小型反应堆在事故下的安全特性，支持小型反应堆设计通过安全评审。 近五年来，曹克美作为课题负责人以及主要骨干承担多项国家科技重大专项课题任务，负责的课题经费近3亿元，与上海交通大学、中科院金属所等单位合作建立联合实验室，打造重要核安全研究试验基础设施，打磨近20人具有丰富经验的试验团队，带领研发团队获得省部级一、二等奖合计5项，获得核能行业协会创新团队，获得上海市青年岗位能手称号、动力工程学会青年科技人才等多项集体和个人荣誉。多项研究成果获得国外知名机构及专家的高度评价和认可。牵头编写并发布国家核安全局最重要的核安全导则之一“《核动力厂确定论安全分析》”，用于规范和指导全行业开展核安全研究和分析。项目研发成果应用于国家重大专项CAP1400示范工程、三门、海阳、白龙和陆丰等后续项目，实现新增销售额和利润分别是6.09亿元和1.22亿元。