熔鹽堆燃料與其它燃料相比具有巨大的優(yōu)勢。鈾或钚的氯化物或氟化物與其它鹵化物鹽的混合物導(dǎo)致銫和碘裂變產(chǎn)物形成穩(wěn)定的鹽，而不是像固體燃料那樣以元素形式存在。銫和碘元素在反應(yīng)堆運行溫度下呈現(xiàn)氣態(tài)，正是這些高壓氣體的釋放使切爾諾貝利和福島成為災(zāi)難。

熔鹽堆的各系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計和驗證，在當(dāng)今的監(jiān)管環(huán)境中是一項巨大的挑戰(zhàn)。必須高度確定地證明系統(tǒng)將在所有情況下和反應(yīng)堆壽命期間按預(yù)期運行。

在1949年航空反應(yīng)堆試驗時，提出了在標(biāo)準(zhǔn)燃料組件中使用熔鹽燃料的可能性，但認為其不可行。作為航空發(fā)動機的計劃，設(shè)計師知道不能依賴對流作為熔鹽燃料的傳熱機制，因為航空器可能會經(jīng)歷自由落體，對流會停止。如果沒有對流，熱量就不會從熔鹽燃料中迅速導(dǎo)出以避免沸騰。因此，設(shè)計師采用了泵推動燃料系統(tǒng)，并延續(xù)至今。流體動力計算程序 (CFD)的出現(xiàn)促使熔鹽堆發(fā)生了根本性突破。
 
1、結(jié)構(gòu)材料及熔鹽的選擇

熔鹽對金屬的腐蝕性很強。金屬外表面會形成氧化膜，保護金屬免受水或空氣腐蝕，而熔鹽會溶解氧化膜。因此，傳統(tǒng)耐腐蝕不銹鋼并不適用。
 
由于沒有保護膜，金屬合金在溶解時必須是化學(xué)穩(wěn)定的。這種溶解是一種氧化過程，其中金屬轉(zhuǎn)化為其鹵化物鹽。易氧化的主要金屬成分是鉻。
 
鐵、鎳和鉬都不太容易氧化。根據(jù)系統(tǒng)的吉布斯自由能，可以很容易地計算出特定鹽從合金中溶解鉻的趨勢。要測量的關(guān)鍵參數(shù)是當(dāng)鹽與過量鉻接觸時鹵化鉻的平衡濃度。
 
這些計算得出了令人驚訝的現(xiàn)象。如果三氟化鈾不轉(zhuǎn)化成金屬鈾和四氟化鈾，氟化鈾鹽就不能充分還原以阻止鉻溶解。為避免轉(zhuǎn)化，三氟化鈾與四氟化鈾的比例限制約為80/20。在這些條件下，鉻基本上溶解到鹽中。
 
這并不意味著不能使用氟化鹽，這將取決于能否開發(fā)出特殊合金。在核能領(lǐng)域，這是一個巨大的技術(shù)障礙，因為任何新合金都需要多年的堆內(nèi)測試。然而，氯化鈾鹽不會遇到這個問題。100%的三氯化鈾是穩(wěn)定的，沒有轉(zhuǎn)化的趨勢。但即使是1%的四氯化鈾也會使其具有很強的腐蝕性——裂變會導(dǎo)致氯的凈釋放發(fā)生。
 
解決方案是將金屬鋯引入鹽中。鋯與四氯化碳反應(yīng)強烈，確保鈾鹽保持非常強的還原性。當(dāng)鋯存在時，二氯化鉻的平衡濃度小于十億分之一。腐蝕根本不可能發(fā)生。這對熔鹽堆商業(yè)化非常重要。這意味著過去40年來為鈉冷快堆開發(fā)和測試的合金如PE16、HT9以及其它合金可以用于熔鹽堆。
 
2、反應(yīng)堆設(shè)計

熔鹽堆是一種沒有慢化劑劑的快堆。錒系元素（如钚、镅和鋦）不可避免地在熱譜反應(yīng)器中積累，而熔鹽堆能夠使這些元素發(fā)生反應(yīng)。在核物理學(xué)家看來，這種設(shè)計很不尋常。
 
設(shè)計采用設(shè)計圓柱形堆芯，具有小型、高功率密度的特點。中子最優(yōu)化設(shè)計，最大限度地減少了所需的裂變材料的數(shù)量。曾幾何時，中子最優(yōu)化設(shè)計是非常好的，因為裂變材料既稀缺又昂貴。然而今天，乏核燃料中的钚變成了一種負債而不是資產(chǎn)。
 
中子次優(yōu)設(shè)計具有主要的補償優(yōu)勢。矩形核心使換料變得簡單。新燃料組件被放入一端，用過的組件從另一端移除。
 
連續(xù)換料能力使反應(yīng)堆幾乎可以無限期運行而不會關(guān)閉，從而提高了經(jīng)濟效率并減少了熱循環(huán)對組件造成的壓力。還確保反應(yīng)堆不會存在過量裂變材料，而不得不用控制棒或其它反應(yīng)控制材料調(diào)節(jié)，從而消除了高危故障模式。
 
反應(yīng)堆堆芯也可以以中等功率密度運行，高于壓水反應(yīng)堆但低于鈉快堆。雖然中子效率低，但這使堆芯的冷卻變得非常容易。鈉快堆必須以高達10m/s的速度輸送鈉冷卻劑，這會導(dǎo)致組件承受高應(yīng)力、流動腐蝕以及故障風(fēng)險增加。熔鹽堆僅需要低于1m/s的冷卻劑流速和低于1 bar的泵揚程。
 
冷卻劑系統(tǒng)由主冷卻劑組成，它通過浸入反應(yīng)堆罐中的熱交換器將熱量傳遞給相同的二次側(cè)冷卻劑。由于中子活化，一次側(cè)冷卻劑變得具有放射性，二次側(cè)冷卻劑將保持非放射性并將熱量傳遞出反應(yīng)堆建筑物。二次側(cè)冷卻劑相對于一次側(cè)冷卻劑存在微正壓，可確保在熱交換器泄漏的情況下放射性不會泄漏到反應(yīng)堆之外。
 
反應(yīng)器的控制異常簡單。溫度和中子傳感器設(shè)置在堆芯周圍。反應(yīng)性主要由換料系統(tǒng)控制，只有當(dāng)反應(yīng)堆功率下降到特定值時，才會將新燃料組件移入堆芯。緊急關(guān)閉基本上采用傳統(tǒng)的控制片，控制片采用電磁固定重力下落的方式。
 
3、發(fā)電系統(tǒng)及儲能

反應(yīng)器的輸出溫度約為600℃。熱量被傳遞到熔融硝酸鹽儲罐，可以存儲在2.5GW的功率下長達8小時的能量。這是來自聚光太陽能發(fā)電行業(yè)的成熟技術(shù)，可以為550-600℃溫度的熱源存儲能量，常規(guī)核能（300℃）無法使用該技術(shù)。

 硝酸鹽將在鍋爐中產(chǎn)生蒸汽，過熱蒸汽輪機用于發(fā)電。這使熔鹽堆擺脫了價值相對較低的“基本負荷”市場，并使其能夠為間歇性可再生能源提供零碳補充。這種可變發(fā)電能力的經(jīng)濟價值遠遠大于儲熱成本（僅增加3£/MW的平均電力成本）。