核能界的 “潜力股”：液态燃料钍基熔盐实验堆科普

据国内外多家媒体报道：中国科学院上星期六（11月1日）宣布，位于甘肃省民勤县沙漠中的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆近日首次实现钍铀核燃料转换，成为目前全球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。

这一进展被视为中国在第四代核能领域扔下的”王炸”，标志着中国核能研发掌握了“换道超车”的关键技术，将使中国摆脱对进口铀的依赖，为中国能源安全提供全新解决方案。液态燃料钍基熔盐实验堆的基本工作原理如下：

钍基熔盐堆（Terrestrial-based Molten Salt Reactor, TMSR）的核心原理是：以液态熔盐作为核燃料的载体与冷却剂，在反应堆内实现核裂变链式反应，同时通过熔盐将裂变产生的热量导出，最终用于发电或其他热能利用。其关键工作流程可简化为3步：

1. 裂变产热：溶解了核燃料（如铀-235）的液态熔盐在堆芯流动，核燃料发生裂变反应，释放出大量热能，直接加热熔盐本身。

2. 热量传递：携带热量的高温熔盐流入热交换器，将热量传递给另一回路的工质（如氦气、水），自身温度降低后返回堆芯循环使用。

3. 能量利用：被加热的工质推动汽轮机旋转，带动发电机发电，完成“核能→热能→机械能→电能”的转换。

它的显著特点是安全性高（熔盐在常温下凝固，泄漏后可自封）、燃料利用率高，且能实现钍资源的高效利用。

钍基熔盐堆如果在未来能完全达到实际应用和推广，将对中国未来绿色能源的发展产生划时代的意义。

对国内而言，克服了铀资源匮乏的约束。理论上，每建一座百万千瓦级核电站，每年就要消耗约200吨天然铀。中国每年消耗的铀资源中，80%以上依赖进口，容易受到地缘政治冲击。2011年日本福岛核事故后，全球铀价剧烈波动，中国核电项目曾因燃料供应不确定性被迫放缓。

中国钍资源的探明储量已超140万吨，占全球总储量近四分之三。而且，这些钍资源多与稀土伴生，每开采1吨稀土就能附带回收200公斤钍，相当于开采稀土附赠钍资源，不仅大幅降低了核燃料的获取成本，还顺带解决了稀土开采的增值利用。

钍本身并不能直接发生裂变，需要用中子轰击钍原子核，将其转化为高效裂变的铀-233。与传统的铀基核电站相比，钍基熔盐堆在安全性与选址灵活性方面优势巨大。传统的铀基反应堆是名副其实的用水大户，一座百万千瓦级常规核电机组，每小时需消耗数千吨冷却水，用于带走反应堆核芯产生的巨额热量，否则堆芯就可能因过热引发熔毁风险。

但钍基熔盐堆采用的高温熔盐，本身就能在600至700摄氏度高温下保持稳定液态，在运行过程中，无需外部水源补给，仅靠熔盐在封闭回路中的自然循环，就能持续带走堆芯产生的热量，从根本上杜绝因冷却失效引发的安全隐患。液态燃料钍基熔盐实验堆的工作原理示意图如下：

实际上，中国并非首先利用钍资源的国家。冷战时期，美国率先开展钍基熔盐堆研究，却因钍无法用于制造核武器而放弃，转而全力发展铀基反应堆。苏联、印度等国也研发过钍基熔盐堆，但卡在了熔盐腐蚀、在线燃料处理等技术瓶颈上，在取得应用成果前都废止了进一步研究。

中国从2011年将钍基熔盐堆纳入国家战略先导专项，集结中科院上海应用物理研究所等20余家科研单位联合攻关，终于在近期取得重大突破。其中，最棘手的难题是熔盐腐蚀。高温氟化盐能溶解绝大多数金属，曾导致美国实验堆的管道三个月就报废。中国科研团队研发出镍基合金材料，经过上万次腐蚀实验，终于找到”抗腐蚀配方”，使管道寿命延长至10年以上。

钍基熔盐堆不需要大量用水，也就不需要像传统核电站那样建在大海或大江大河边上，而能建在偏远的沙漠中。一旦技术成熟，钍基熔盐堆将可在中国内陆干旱地区大量建设，提供稳定清洁的能源。这项成果对于水资源相对缺乏的中国，更具有重大意义。另外，钍基熔盐堆体积小、单位功率密度高，可模块化设计成”核动力包”。国内已开展船舶核动力研究，一旦满足实际应用，未来大量应用于远洋货轮就成为可能，一次加注钍燃料可续航10年，碳排放接近零。这项技术未来也可能为极地科考站、月球基地等极端环境供电，甚至用于航空母舰等军事项目。

根据国内相关媒体报道，中国钍基熔盐堆建设分三步走： 第一步为2025年前建成2兆瓦实验堆，实现钍—铀转化和稳定运行，获取关键数据；第二步到2029年，建设10兆瓦小型模块化示范堆，验证商业化可行性，形成核心设备产业链；第三步到2035年，推进百兆瓦级电站建设，在甘肃、新疆等钍矿富集区形成规模化应用，带动装备制造、熔盐材料等产业集群发展。