日前，中国科学院液态燃料钍基熔盐实验堆取得重大突破：首次实现钍铀核燃料转换，在国际上首次获取钍入熔盐堆运行后实验数据，成为目前唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆，初步证明了熔盐堆核能系统利用钍资源的技术可行性，进一步巩固了我国在国际熔盐堆研究领域的引领地位。

该突破引发网友广泛关注，借此契机，一起深入聊聊熔盐堆。

世界各国研发之路起起伏伏

熔盐堆核能系统由钍基核燃料、熔盐堆、核能综合利用三大子系统构成，兼具固有安全性高、能量利用效率高、可实现核燃料增殖与核废料嬗变等突出优势。

钍元素在自然界中储量丰富，开发钍资源的核能利用，是全球能源领域长久以来的共同愿景。然而，熔盐堆的全球研发之路并非坦途，历经起起伏伏，发展进程充满挑战。

熔盐堆研发始于20世纪40年代末的美国。1960年，橡树岭国家实验室在熔盐实验堆研究中取得了巨大成功，证明了熔盐堆技术的可行性与可靠性。但是由于其采用液态燃料与其他反应堆主流固体燃料的概念相悖，且不能满足冷战时期提取钚的军事需求，便失去了美国政府的支持。

在当时，在美国提出熔盐堆概念之后，俄罗斯、法国、日本、英国都相继开展了熔盐堆的研究。1964~1965年，英国开展了部分熔盐快堆的研究工作，与美国同时开展的熔盐热堆研究遥相呼应。20世纪70年代，苏联开展过Th-233U燃料循环、嬗变等熔盐堆方面的基础研究，并与欧洲原子共同体合作提出了2400MW的熔盐熔岩锕系元素再循环与嬗变堆（MOSART）。但1986年切尔诺贝利事故发生，使得俄罗斯的熔盐堆研究几乎停滞。

我国亦紧跟世界科技前沿投身研发。20世纪70代初，我国也曾选择钍基熔盐堆作为发展民用核能的起步点，并于1971年建成了零功率冷态熔盐堆并达到临界。但限于当时的科技、工业和经济水平，最终还是转为建设轻水反应堆。

为什么熔盐堆技术

曾经得到多国的追捧？

答案就在于钍基熔盐堆具有五大特点：一是固有安全性高。当熔盐堆内熔盐温度超过预定值时，设在底部的冷冻塞将自动熔化，携带核燃料的熔盐随即全部流入应急储存罐，使核反应终止。熔盐堆工作操作简单安全。其还可建在地面10米以下，有利于防御恐怖破坏和战争袭击。

二是核燃料长期供应。熔盐堆使用钍铀核燃料。曾有专家对陆地钍资源储量有过推测：如果乐观地估计，钍的储藏量是铀资源的5~8倍。我国是钍资源大国，若能够将钍用于生产核能，可保我国能源供应千年无忧。

三是核废料最小化。熔盐堆可以对核燃料和反应产物进行在线添加和在线（或邻堆离线）分离和处理，使得核燃料充分地燃烧，最终卸出的核废料很少，约为目前的千分之一左右。

四是防核扩散。传统反应堆所产生的核废料中，有大量易于生产核武器的核燃料钚-239，因此存在核武器扩散的风险，而科学界公认：钍-铀燃料循环不适于生产武器级核燃料，只能用于产生核能。

五是多用途与灵活性。小型模块化反应堆、混合能源均为未来核能的发展方向。熔盐堆是小型模块化反应堆较为理想的堆型，同时熔盐堆又是高温堆，适于用作制氢等混合能源的应用。因此，未来或可出现小型化、社区用的核能系统。

总的来看，与第三代核技术相比，熔盐堆更安全，也更灵活，冷却剂为氟化盐，冷却后即变为固态盐，既不易泄漏，又不会与水源接触导致污染。同时，由于不依赖水源，使得反应堆选址更加自由，一旦技术成熟，可为中国内陆核电建设提供更灵活的厂址选择。

纳入6种最有希望的第四代候选堆型

21世纪初，第四代反应堆国际论坛（GIF）将熔盐堆纳入6种最有希望的第四代候选堆型之中。

钍基熔盐堆不仅是第四代核电6种候选堆型之中唯一使用液态燃料的堆型。其可根据燃料种类不同，分为液态燃料熔盐堆和固态燃料熔盐堆。

液态燃料熔盐堆将燃料直接融于冷却剂中，利于通过在线干法后处理形成闭式循环，适合钍基核燃料的利用；固态燃料熔盐堆又被称为氟盐冷却高温堆，使用氟盐冷却与包敷颗粒燃料，并集成非能动冷却、自然循环衰变热去除、布雷顿循环等多项成熟反应堆技术，既适合高温制氢等核能综合利用及小型模块堆应用，又可部分使用钍基燃料。

熔盐堆的另外一大亮点就是其好搭档——钍燃料。充足的核燃料供应是发展裂变核能的重要环节。

人类迄今发现的有商业价值的易裂变核素有：铀-235、钚-239和铀-233。其中，铀-235是自然界唯一天然存在的易裂变核素，钚-239需由较难裂变的铀-238吸收中子后转换而来（即铀钚燃料循环，铀基核燃料），而铀-233则需由较难裂变的钍-232吸收中子后转换而来（即钍铀燃料循环、钍基核燃料），因此铀-238和钍-232也称可转换核素。

钍基核燃料的研究与铀基核燃料一样，也始于美国“曼哈顿”计划，迄今已在轻水堆、重水堆和球床式高温气冷堆等反应堆上进行了尝试使用。随着能源需求的高速增长，对核燃料的需求越来越大，由于钍在地壳中蕴藏量约为铀的多倍，钍基核燃料在国际上越来越受到关注。

除了具有储量优势，钍基核燃料还具有独特的优势：一是钍-232到铀-233的转换效率高，在热堆中也能实现增殖；二是相对铀基燃料，钍基燃料产生高毒性放射性核素较少；三是铀-233的伴生同位素铀-232的衰变链会产生短寿命强y辐射，这种固有的放射性障碍增加了化学分离的难度和成本，且易被核监测，有利于防核扩散；四是钍和氧化钍的化学性质稳定，开采过程对环境破坏小，且价格低廉。

而无论哪种燃料都需要有效的方式来释放能量。钍基和铀基核燃料利用工作模式分为开环模式和闭环模式。开环模式是目前核工业普遍采用的模式，核燃料利用率介于1％和2％之间。而未来理想的闭环模式是核燃料再循环模式，可以多次重复利用核燃料循环过程，核燃料的理论利用率约为60%。但是相对于发展成熟的铀基核能，有关钍基核能的数据和经验还比较缺乏，需要大量的基础研究。

熔盐堆研发重焕蓬勃生机

熔盐堆革命性前景，再度点燃全球研发热情——美、法、俄、日等各国竞相发展了多种类型的熔盐堆概念设计。美国科学家率先提出了固态燃料熔盐堆的概念，其主要目标瞄准了高温输出与核能制氢。美国能源部与橡树岭、爱达荷国立实验室、麻省理工等大学及西屋公司和阿海珐公司在发展氟盐冷却高温堆的问题上形成基本共识，并启动了大型研究计划。

时隔40年后，我国再次启动钍基熔盐堆的研究。

自启动熔盐堆技术研究以来，我国系统掌握了钍基熔盐堆的系列关键技术，在熔盐堆概念设计、验证试验台架搭建、理论方法研究等方面取得了具有国际影响的重要进展。如今，再次取得重要成果——实现熔盐堆钍铀核燃料转化，可喜可贺！相信随着研发持续推进，待技术全面成熟落地，必将为全球核能发展带来革命性改变。

文字来源｜中核集团知乎

图片来源｜央视新闻

作者｜胡春玫

责编｜韩建超

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