日前，中國科學院液態燃料釷基熔鹽實驗堆取得重大突破：首次實現釷鈾核燃料轉換，在國際上首次獲取釷入熔鹽堆運行后實驗數據，成為目前唯一運行并實現釷燃料入堆的熔鹽堆，初步證明了熔鹽堆核能系統利用釷資源的技術可行性，進一步鞏固了我國在國際熔鹽堆研究領域的引領地位。

該突破引發網友廣泛關注，借此契機，一起深入聊聊熔鹽堆。

世界各國研發之路起起伏伏

熔鹽堆核能系統由釷基核燃料、熔鹽堆、核能綜合利用三大子系統構成，兼具固有安全性高、能量利用效率高、可實現核燃料增殖與核廢料嬗變等突出優勢。

釷元素在自然界中儲量豐富，開發釷資源的核能利用，是全球能源領域長久以來的共同愿景。然而，熔鹽堆的全球研發之路并非坦途，歷經起起伏伏，發展進程充滿挑戰。

熔鹽堆研發始于20世紀40年代末的美國。1960年，橡樹嶺國家實驗室在熔鹽實驗堆研究中取得了巨大成功，證明了熔鹽堆技術的可行性與可靠性。但是由于其采用液態燃料與其他反應堆主流固體燃料的概念相悖，且不能滿足冷戰時期提取钚的軍事需求，便失去了美國政府的支持。

在當時，在美國提出熔鹽堆概念之后，俄羅斯、法國、日本、英國都相繼開展了熔鹽堆的研究。1964~1965年，英國開展了部分熔鹽快堆的研究工作，與美國同時開展的熔鹽熱堆研究遙相呼應。20世紀70年代，蘇聯開展過Th-233U燃料循環、嬗變等熔鹽堆方面的基礎研究，并與歐洲原子共同體合作提出了2400MW的熔鹽熔巖錒系元素再循環與嬗變堆(MOSART)。但1986年切爾諾貝利事故發生，使得俄羅斯的熔鹽堆研究幾乎停滯。

我國亦緊跟世界科技前沿投身研發。20世紀70代初，我國也曾選擇釷基熔鹽堆作為發展民用核能的起步點，并于1971年建成了零功率冷態熔鹽堆并達到臨界。但限于當時的科技、工業和經濟水平，最終還是轉為建設輕水反應堆。

為什么熔鹽堆技術曾經得到多國的追捧?

答案就在于釷基熔鹽堆具有五大特點：一是固有安全性高。 當熔鹽堆內熔鹽溫度超過預定值時，設在底部的冷凍塞將自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽隨即全部流入應急儲存罐，使核反應終止。熔鹽堆工作操作簡單安全。其還可建在地面10米以下，有利于防御恐怖破壞和戰爭襲擊。

二是核燃料長期供應。 熔鹽堆使用釷鈾核燃料。曾有專家對陸地釷資源儲量有過推測：如果樂觀地估計，釷的儲藏量是鈾資源的5~8倍。我國是釷資源大國，若能夠將釷用于生產核能，可保我國能源供應千年無憂。

三是核廢料最小化。 熔鹽堆可以對核燃料和反應產物進行在線添加和在線(或鄰堆離線)分離和處理，使得核燃料充分地燃燒，最終卸出的核廢料很少，約為目前的千分之一左右。

四是防核擴散。 傳統反應堆所產生的核廢料中，有大量易于生產核武器的核燃料钚-239，因此存在核武器擴散的風險，而科學界公認：釷-鈾燃料循環不適于生產武器級核燃料，只能用于產生核能。

五是多用途與靈活性。 小型模塊化反應堆、混合能源均為未來核能的發展方向。熔鹽堆是小型模塊化反應堆較為理想的堆型，同時熔鹽堆又是高溫堆，適于用作制氫等混合能源的應用。因此，未來或可出現小型化、社區用的核能系統。

總的來看，與第三代核技術相比，熔鹽堆更安全，也更靈活，冷卻劑為氟化鹽，冷卻后即變為固態鹽，既不易泄漏，又不會與水源接觸導致污染。同時，由于不依賴水源，使得反應堆選址更加自由，一旦技術成熟，可為中國內陸核電建設提供更靈活的廠址選擇。

納入6種最有希望的第四代候選堆型

21世紀初，第四代反應堆國際論壇(GIF)將熔鹽堆納入6種最有希望的第四代候選堆型之中。

釷基熔鹽堆不僅是第四代核電6種候選堆型之中唯一使用液態燃料的堆型。其可根據燃料種類不同，分為液態燃料熔鹽堆 和固態燃料熔鹽堆 。

液態燃料熔鹽堆 將燃料直接融于冷卻劑中，利于通過在線干法后處理形成閉式循環，適合釷基核燃料的利用;固態燃料熔鹽堆 又被稱為氟鹽冷卻高溫堆，使用氟鹽冷卻與包敷顆粒燃料，并集成非能動冷卻、自然循環衰變熱去除、布雷頓循環等多項成熟反應堆技術，既適合高溫制氫等核能綜合利用及小型模塊堆應用，又可部分使用釷基燃料。

熔鹽堆的另外一大亮點就是其好搭檔——釷燃料。充足的核燃料供應是發展裂變核能的重要環節。

人類迄今發現的有商業價值的易裂變核素有：鈾-235、钚-239和鈾-233。其中，鈾-235是自然界唯一天然存在的易裂變核素，钚-239需由較難裂變的鈾-238吸收中子后轉換而來(即鈾钚燃料循環，鈾基核燃料)，而鈾-233則需由較難裂變的釷-232吸收中子后轉換而來(即釷鈾燃料循環、釷基核燃料)，因此鈾-238和釷-232也稱可轉換核素。

釷基核燃料的研究與鈾基核燃料一樣，也始于美國“曼哈頓”計劃，迄今已在輕水堆、重水堆和球床式高溫氣冷堆等反應堆上進行了嘗試使用。隨著能源需求的高速增長，對核燃料的需求越來越大，由于釷在地殼中蘊藏量約為鈾的多倍，釷基核燃料在國際上越來越受到關注。

除了具有儲量優勢，釷基核燃料還具有獨特的優勢：一是釷-232到鈾-233的轉換效率高，在熱堆中也能實現增殖;二是相對鈾基燃料，釷基燃料產生高毒性放射性核素較少;三是鈾-233的伴生同位素鈾-232的衰變鏈會產生短壽命強y輻射，這種固有的放射性障礙增加了化學分離的難度和成本，且易被核監測，有利于防核擴散;四是釷和氧化釷的化學性質穩定，開采過程對環境破壞小，且價格低廉。

而無論哪種燃料都需要有效的方式來釋放能量。釷基和鈾基核燃料利用工作模式分為開環模式和閉環模式。開環模式是目前核工業普遍采用的模式，核燃料利用率介于1%和2%之間。而未來理想的閉環模式是核燃料再循環模式，可以多次重復利用核燃料循環過程，核燃料的理論利用率約為60%。但是相對于發展成熟的鈾基核能，有關釷基核能的數據和經驗還比較缺乏，需要大量的基礎研究。

熔鹽堆研發重煥蓬勃生機

熔鹽堆革命性前景，再度點燃全球研發熱情——美、法、俄、日等各國競相發展了多種類型的熔鹽堆概念設計。美國科學家率先提出了固態燃料熔鹽堆的概念，其主要目標瞄準了高溫輸出與核能制氫。美國能源部與橡樹嶺、愛達荷國立實驗室、麻省理工等大學及西屋公司和阿海琺公司在發展氟鹽冷卻高溫堆的問題上形成基本共識，并啟動了大型研究計劃。

時隔40年后，我國再次啟動釷基熔鹽堆的研究。

自啟動熔鹽堆技術研究以來，我國系統掌握了釷基熔鹽堆的系列關鍵技術，在熔鹽堆概念設計、驗證試驗臺架搭建、理論方法研究等方面取得了具有國際影響的重要進展。如今，再次取得重要成果——實現熔鹽堆釷鈾核燃料轉化，可喜可賀！相信隨著研發持續推進，待技術全面成熟落地，必將為全球核能發展帶來革命性改變。