比水堆更远，比聚变堆更近，钍基熔盐堆正在一步步证明其作为终极能源的潜力。

　　中国科学院11月1日发布消息，近日，由中科院上海应用物理研究所牵头建成的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆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，成为目前国际上唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆，证明了熔盐堆核能系统利用钍资源的技术可行性，巩固了我国在国际熔盐堆研究领域的引领地位。

　　这一科研成果的关键意义，不在于发电，而在于验证了一种全新且更可持续的核燃料循环方案。钍和熔盐堆堪称黄金搭档，国际公认熔盐堆是最适合钍基核燃料高效利用的堆型。该堆型的基本原理是将钍-232溶解在高温液态氟化盐中，形成流动的燃料熔盐。当堆芯发生核反应时，钍-232会吸收中子，最终转换为裂变材料铀-233，并持续燃烧。

　　对铀资源自然禀赋不佳、但钍资源丰富的中国而言，钍铀循环技术之于能源独立的意义不言而喻。

　　实验堆是新的核电堆型走向商业应用的基石，选址甘肃武威的钍基熔盐实验堆从一开始就已明确商业化目标。据澎湃新闻了解，去年开始，中科院上海应物所团队已着手开展下一阶段10MWe钍基熔盐研究堆的设计，2026年，这座紧邻实验堆、具有工程中试意义的大科学装置将启动建设。在此基础上，有望在2035年左右实现更高功率、更高能级的百兆瓦级示范堆的建成和并网发电，最终推动商业化应用。知情人士介绍，该项目正在申请国家重大科技任务，示范堆的最终选址尚待确定。

　　钍基熔盐实验堆堆厂房大厅中国科学院上海应用物理研究所图

　　上世纪被搁置的技术路线，为何重焕生机？

　　目前，世界上大多数核电厂都使用加压轻水反应堆（压水堆），使用普通水作冷却剂和慢化剂。该技术路线在高压下将水泵至堆芯，原子核裂变释放的能量将水加热，然后以蒸汽形式释放出来，从而驱动涡轮机发电。

　　钍基熔盐堆是第四代核能系统的六种候选堆型之一。近年来多国对此的兴趣与日俱增，熔盐堆有潜力提供大量高效、低成本的电力，同时产生可用于各种工业应用的高温工艺热：用盐替代水作为主冷却剂，可以在大气压力下吸收大量热能，从而使反应堆在非常高的温度下运行。这可以生产高品位热能，为钢铁、制氢等工业流程的脱碳提供更多可能性。熔盐堆与生俱来固有安全、无水冷却、常压工作和高温输出等优点，被国际公认为最适配钍资源核能利用的堆型。

　　据澎湃新闻梳理，我国已查明的钍工业储量约28万吨。初步估算若能实现钍基核燃料的完全循环利用，可供使用几千年以上，将确保国内能源的自给自足。这一技术路线不仅契合我国钍资源丰富的资源禀赋，还可与太阳能、风能、高温熔盐储能、高温制氢、煤气油化工等产业深度融合，构建多能互补低碳复合能源系统，为我国能源安全提供全新解决方案。钍基熔盐堆的研发，不仅为我国未来钍资源的规模化开发利用、发展第四代先进核能系统提供核心技术支撑与可行方案，地球上钍资源总储量是铀资源的3~4倍，钍基核燃料的有效利用对于人类发展也有着巨大的价值。

　　此外，基于钍铀循环的熔盐堆可同时满足物理防核扩散、核废料最小化等特点。铀裂变会产生很多半衰期较长的超铀元素，钍反应堆能比铀燃料反应堆产生更少的长寿命核废物。由于采用无水冷却，钍基熔盐堆只需少量的水即可运行，无需建在沿海，适用于干旱地区。

　　但在成为国际先进核能研发热点之前，熔盐堆技术沉寂已久。

　　熔盐堆研发始于20世纪40年代末的美国，主要目的是美国空军为轰炸机寻求航空核动力。得益于氟化熔盐冷却剂的高热容、高热导、高沸点以及低蒸汽压等特点，熔盐堆在本征安全性以及经济性上具有极大的优势和潜力。1954年，美国橡树岭国家实验室建成第一个熔盐堆实验装置ARE，功率为2.5MW。战略弹道导弹的迅速发展使核动力轰炸机的研发失去了军事应用价值，因此熔盐堆的研发于20世纪60年代转向民用。

　　橡树岭国家实验室在1965年建成液态燃料熔盐实验堆，这是迄今世界上唯一建成并运行的液态燃料反应堆，也是唯一成功实现钍基核燃料（铀-233） 运行的反应堆。但由于彼时“冷战”的考虑，侧重于民用的熔盐堆计划下马，美国熔盐堆研发中止。

　　“美国放弃钍基熔盐堆是出于冷战时期的战略选择。当时技术路线的竞争主要在钍基熔盐堆和钚基快堆之间，后者更易于生产武器用的核材料，因此获得了优先发展。”上海应物所副所长蔡翔舟接受《中国科学报》采访介绍这段历史时表示，“氢弹之父”爱德华·泰勒生前曾将美国的这个选择评价为“一个可以原谅的错误”。此外，当时全球勘探发现的铀资源丰富，石油供应也充足，对开发钍资源缺乏紧迫性。直到21世纪，出于可持续发展和核废料管理等考虑，钍基熔盐堆技术才重新受到全球关注。

　　早在上世纪60年代末，中国科学院就提出钍基熔盐堆的相关想法。到了1970年，中国曾选择钍基熔盐堆作为发展民用核能的起点。1971年，上海应物所建成了熔盐（冷态）零功率堆。但限于当时国家整体科技、工业和经济水平无法支撑如此超前的技术，后转为技术相对成熟的压水堆，也就是秦山核电站。

　　“重新启动钍基熔盐堆的技术路线，主要基于国家战略需求。”上海应物所所长、钍基熔盐堆核能系统战略性先导科技专项负责人戴志敏表示，我国钍资源丰富，钍储量远高于铀储量，且与稀土资源伴生，高效利用钍资源可保障国家能源安全长达千年以上。研发钍基熔盐堆、实现钍资源的工业应用，可以在战略上确保我国实现能源独立。

　　2011年，中科院围绕国家能源安全与可持续发展需求，启动战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统（TMSR）”，计划用20年左右的时间，在国际上首先实现钍基熔盐堆的应用，同时建立钍基熔盐堆产业链和相应的科技队伍。2017年4月，甘肃省武威市与中科院签订了在该市民勤县建设钍基熔盐堆核能系统项目的战略合作框架协议，该项目分两期建设，总投资220亿元。2018年9月，该项目开工建设。

　　2023年10月11日11点08分，2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆首次实现临界反应；2024年6月17日10点12分，首次达到满功率运行；2024年10月，完成世界上首次熔盐堆加钍实验，成为目前世界上唯一运行的钍基熔盐堆（综合实验平台）。

　　按照中科院多年前的规划，目标到2030年左右全面实现掌握钍基熔盐堆核能系统的相关科学与技术，基本完成工业示范堆建设和基于钍基熔盐堆的低碳新能源示范装置建设，开展熔盐堆的商业化推广；到2040年左右建成首座百吨级钍基乏燃料盐干法批处理示范装置和在线部分分离固态裂变产物示范装置，基本实现钍铀燃料循环。

　　参照当前进展，虽有数年迟滞，但中国仍是钍基熔盐堆技术商业化的引领者。

　　有资深行业人士对澎湃新闻表示，基于当前的技术进展，钍基熔盐堆的实现难度和技术瓶颈都比所有人心目中的终极能源——核聚变要小很多。尽管全球科学家已投入数十年研究，可控核聚变发电的商业化应用可能仍需等到2050年前后。

　　以新一代人造太阳“中国环流三号”（HL-3）为例，知情人士向澎湃新闻介绍，环流三号预计在2027年开展中国首次氘氚实验。2035年左右，目标建成中国聚变工程实验堆，用以全面系统展示科学可行性，实现能量转化。2045年左右，有望建成功率大幅提升的首个商用示范堆，全面验证工程可行性，可长时并网发电，并为后续规模化部署商用堆打下基础。

　　钍资源作为铀替代品的吸引力在增加，但钍在核能中的长期潜力，仍面临经济和技术挑战。

　　国际原子能机构铀资源专家Mark Mihalasky认为，作为稀土元素的一个主要来源的独居石矿是钍的一个主要来源。如果不是目前对稀土元素的需求，不会单单为了钍含量而开采独居石。钍是一种副产品，提取钍需要的方法比提取铀的成本要高。就目前情况而言，能够以具有成本效益的方式从地下挖出的钍的数量并不像铀那样多。但如果对钍及其在核能中的应用有更高的需求，这种情况可能会改变。

　　同样昂贵的是钍动力核装置的研究、开发和测试。国际原子能机构燃料工程和燃料循环设施技术负责人Anzhelika Khaperskaia称，钍的另一个障碍是它可能难以处理。作为一种能增殖但非易裂变材料，钍需要一个激励物，如铀或钚，来触发和维持链式反应。

　　中科院表示，近百家国内科研机构、高等院校和产业集团深度参与了钍基熔盐实验堆研发与工程建设，攻克了设计、关键材料与设备研制、安装与调试及堆安全等方面的技术难题，实现了核心材料、装备与技术从实验室研发到实验堆工程验证的跨越，实验堆整体国产化率>

　　90%，关键核心设备100%国产化，供应链自主可控，钍基熔盐堆相关技术产业链的雏形在我国已经基本形成。

　　蔡翔舟对此介绍称，中科院团队在钍基熔盐堆特有的关键技术上实现了全面突破，包括耐高温抗腐蚀的特殊合金材料制备、熔盐循环下的腐蚀控制技术、燃料在线分离与处理技术，以及主泵、换热器等关键装备的自主研制。

　　值得注意的是，2023年12月，中国船舶集团有限公司旗下江南造船（集团）有限责任公司正式发布全球首型、世界最大24000箱核动力集装箱船船型。据介绍，该型船采用国际上先进的第四代堆型熔盐反应堆解决方案，安全性高、反应堆高温低压运行，在原理上规避堆芯融化，具备防扩散与固有安全特征。

　　该船型无需耐高压容器与管路，即便发生破口事故，在环境温度下迅速凝固，事故后除正常停堆手段外还可以把熔料盐排出堆外，实现快速停堆、防止事故扩展。根据江南造船披露的细节，该船型相对于传统船型动力系统布置更为紧凑，可提供更多箱位；取消了传统烟囱机舱棚，采用首房舱方案，核电舱位于舯部。

　　除了科研主体之外，发电巨头已加入推动钍基熔盐堆的工业化进程。戴志敏在受访时透露，上海应物所正在就此与国家电投等央企深度合作。

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