在全球能源需求持續(xù)增長、傳統(tǒng)能源面臨諸多挑戰(zhàn)的當下，新型核能技術成為關注焦點。中國在釷基熔鹽堆領域的一系列進展，正為能源格局帶來深遠影響。
一、釷基熔鹽堆研究溯源
熔鹽堆研發(fā)始于 20 世紀 40 年代末的美國，當時出于對未來能源的探索及核能技術發(fā)展需求，美國開啟相關研究。1965 年，橡樹嶺國家實驗室建成液態(tài)燃料熔鹽實驗堆（MSRE），這不僅是世界上唯一建成并運行的液態(tài)燃料反應堆，更是唯一成功實現(xiàn)釷基核燃料（鈾 - 233）運行的反應堆。然而，到了 70 年代，受 “冷戰(zhàn)” 等因素影響，美國的熔鹽堆研發(fā)中止，世界范圍內(nèi)國家層面的熔鹽堆研發(fā)也近乎停滯。直到 21 世紀初，能源危機、環(huán)境挑戰(zhàn)、核武技術擴散等問題凸顯，釷基核能與熔鹽堆研發(fā)在世界范圍內(nèi)重獲生機，熔鹽堆被 “第四代核反應堆國際論壇” 選為 6 個候選堆型之一，相關研究呈急劇上升趨勢。
二、中國釷基熔鹽堆研究歷程
（一）早期探索
20 世紀 70 年代初，中國在核能領域啟動 “728 工程”，選擇釷基熔鹽堆作為發(fā)展民用核能的起步點。1971 年，上海 “728 工程” 建成了零功率冷態(tài)熔鹽堆并達到臨界。但受限于當時的科技、工業(yè)和經(jīng)濟水平，后續(xù)轉(zhuǎn)為建設輕水反應堆。
（二）重啟征程
2011 年，中科院圍繞國家能源安全與可持續(xù)發(fā)展需求，部署啟動 “未來先進核裂變能 —— 釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）” 專項，計劃用 20 年左右時間在國際上率先實現(xiàn)釷基熔鹽堆的應用。2017 年 4 月，甘肅省武威市與中科院簽訂在武威市民勤縣紅砂崗建設釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)項目的戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，該項目分兩期建設，總投資 220 億元。同年 11 月，中科院與甘肅省人民政府簽署了 TMSR 項目戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。2018 年 12 月 29 日，中國科學院先進核能創(chuàng)新研究院院長徐洪杰透露，中國已在實驗室規(guī)模全面掌握這一全新領域的核心技術，相關產(chǎn)業(yè)鏈雛形基本形成，預計 2030 年后在全球率先實現(xiàn)商業(yè)應用。2023 年，中科院某研究所團隊攻克高純釷氟鹽技術難題，采用特殊的低溫多級蒸餾純化工藝，使釷氟鹽純度達到 99.999%，有力推動了釷基熔鹽堆工程化發(fā)展。
三、中國發(fā)現(xiàn)超大型釷礦及其意義
據(jù)《南華早報》2 月 28 日報道，中國在內(nèi)蒙古白云鄂博礦區(qū)首次發(fā)現(xiàn)超大型釷礦。該釷礦儲量達 100 萬噸，據(jù)測算可供使用 6 萬年，目前已探測 40 萬噸儲量。這一發(fā)現(xiàn)堪稱中國能源領域的重大突破，使中國釷礦資源在全球占據(jù)重要地位，也預示著全球能源戰(zhàn)略格局可能迎來重大變革。而且，白云鄂博礦區(qū)伴生的稀土元素為釷金屬提純提供了得天獨厚的條件。釷在地殼中儲量極為豐富，1 噸釷含的能量相當于 350 萬噸煤炭。中國已探明的釷資源夠全國使用 2 萬年，且釷資源在全球分布廣泛，更具可獲取性。
四、釷基熔鹽堆原理與優(yōu)勢
（一）原理剖析
核反應機制：自然界中的釷主要是釷 - 232，本身不具裂變能力。在吸收一個中子后，轉(zhuǎn)變?yōu)殁Q - 233，釷 - 233 經(jīng)兩次 β 衰變成為鈾 - 233。鈾 - 233 是易裂變核素，在中子轟擊下發(fā)生裂變反應，釋放大量能量并產(chǎn)生更多中子，進而引發(fā)其他鈾 - 233 或釷 - 232 反應，形成自持鏈式反應。
燃料循環(huán)特色：采用獨特的在線燃料后處理技術。反應堆運行時，熔鹽中的釷 - 232 不斷吸收中子生成鈾 - 233 并裂變，同時產(chǎn)生裂變產(chǎn)物。在線處理系統(tǒng)可連續(xù)分離裂變產(chǎn)物，維持熔鹽中燃料的高反應活性，提高燃料利用率，形成以釷為基礎的可持續(xù)釷 - 鈾循環(huán)，與傳統(tǒng)鈾 - 钚循環(huán)相比，資源利用率更高，產(chǎn)生核廢料更少。
冷卻與傳熱過程：使用熔鹽（常見氟化物熔鹽等）作為冷卻劑，熔鹽熱物理性質(zhì)優(yōu)良，比熱容高、導熱系數(shù)大且蒸氣壓低，能在高溫下高效吸收和傳遞反應堆熱量。在反應堆內(nèi)，熔鹽在泵驅(qū)動下循環(huán)，吸收熱量升溫后進入熱交換器，將熱量傳遞給二次冷卻劑（如水等介質(zhì)），二次冷卻劑再傳遞給蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，用于驅(qū)動汽輪機發(fā)電，冷卻后的熔鹽返回反應堆繼續(xù)循環(huán)。
堆芯結構與材料：堆芯結構通常采用液態(tài)燃料熔鹽池式或管式設計。池式中，熔鹽燃料和慢化劑等容納于大型熔鹽池；管式中，熔鹽燃料在一系列管道中流動，周圍是慢化劑和反射層，利于中子慢化、反射和核反應穩(wěn)定進行。由于堆芯處于高溫、強輻射和強腐蝕環(huán)境，需特殊材料，如反應堆容器和管道常用耐高溫、耐腐蝕的鎳基合金，核石墨用作慢化劑和反射層材料，具有良好中子慢化和耐高溫性能。
（二）顯著優(yōu)勢
安全性卓越：與傳統(tǒng)核電站靠鈾燃料和水冷卻系統(tǒng)不同，釷熔鹽堆用液態(tài)燃料和熔鹽冷卻，核燃料溶解在高溫熔鹽里。遇到地震、斷電等極端情況，熔鹽迅速凝固，可有效防止核泄漏事故發(fā)生。
選址靈活：不需要大量水源，在干旱地區(qū)甚至地下均可建設，突破了傳統(tǒng)核電站通常需建在沿�；蚝恿鞲浇南拗�。
發(fā)電效率高：發(fā)電效率能達到 45%-50%，遠高于傳統(tǒng)核電站的 33%。1 噸釷裂變釋放的能量相當于 350 萬噸煤或者 200 噸鈾。
核廢料處理優(yōu)勢明顯：產(chǎn)生的核廢料 100 年就能衰變到無害，處理成本僅為鈾廢料的千分之一。
五、中國釷基熔鹽堆的未來展望
2025 年 3 月，全球首座商用釷基熔鹽堆核電站將在中國甘肅武威開建。這座設計熱功率 60 兆瓦的第四代核電站，計劃 2029 年投入運營。其采用的釷燃料可直接使用天然礦石，配合中國獨創(chuàng)的 “干法” 提純技術，核燃料制備成本降低 70%。獨創(chuàng)的 “釷 - 鈾循環(huán)” 技術，將核燃料利用率從傳統(tǒng)堆型的 1% 提升至 98%。
釷基熔鹽堆商用化后，對中國意義重大。中國石油、天然氣對外依存度超 70%，釷熔鹽堆可使中國能源自給率躍升至 90% 以上，有力保障國家能源安全，減少對外部能源的依賴。而且，釷熔鹽堆體積小，無需冷卻水，是航母理想動力源。中國船舶集團計劃建造 30 萬噸級釷基核動力貨輪，若技術成熟，核動力航母續(xù)航力將大幅提升，甚至可能改寫海戰(zhàn)規(guī)則。此外，反應堆余熱能蒸發(fā)海水，解決沿海城市缺水難題；助力鋼鐵、化工等高耗能行業(yè)用核能替代燃煤，推動 “雙碳” 目標實現(xiàn)；還能使高溫裂解水制氫成本降低 50%，促進氫能源普及。未來，中國作為全球唯一將釷基熔鹽堆商用落地的國家，釷技術有望成為新的出口王牌，在全球能源舞臺發(fā)揮更大影響力，推動全球能源格局變革。
來源：閭覽高科
