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來源：互聯網

基熔鹽堆核能系統（釷 Molten Salt Reactor Nuclear 能量 System，TMSR），是6種第四代先進核能系統的候選堆型之一，包括釷基核燃料、熔鹽堆、核能綜合利用3個子系統，具有高固有安全性、核廢料少、防擴散性能和經濟性更好等特點。

熔鹽堆研發始于20世紀40年代末的美國，橡樹嶺國家實驗室于1965年建成液態燃料熔鹽實驗堆（MSRE）。20世紀70代初，中國也曾選擇釷基熔鹽堆作為發展民用核能的起步點。自此，世界范圍內熔鹽堆研發的國家行為幾乎停止。21世紀初，能源危機、環境挑戰、核武技術擴散等問題，使釷基核能與熔鹽堆的研發在世界范圍內獲得新生。中國于2011年重啟釷基熔鹽堆研究。2011年中科院啟動“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統”戰略性先導科技專項。2017年4月，甘肅省武威市與中科院簽訂了在武威市民勤縣建設釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）項目的戰略合作框架協議，該項目分兩期建設，總投資220億元。2017年11月，實驗堆選址武威市民勤縣。2023年10月11日，2MWt液態燃料釷基熔鹽實驗堆首次實現臨界反應。2024年6月17日，實驗堆首次達到滿功率運行。2024年10月，中國完成世界上首次熔鹽堆加釷實驗，在國際上率先建成獨具特色的熔鹽堆和釷鈾燃料循環研究平臺。11月1日，由中國科學院上海應用物理研究所牽頭建成的2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆首次實現釷鈾核燃料轉換，成為唯一運行并實現釷燃料入堆的熔鹽堆。

熔鹽堆使用高溫熔鹽作為冷卻劑，具有高溫、低壓、高化學穩定性、高熱容等熱物特性，無需使用沉重而昂貴的壓力容器，適合建成緊湊、輕量化和低成本的小型模塊化反應堆。此外熔鹽堆采用無水冷卻技術，只需少量的水即可運行，可在干旱地區實現高效發電。熔鹽堆輸出的700℃以上高溫核熱可用于發電，也可用于工業熱應用、高溫制氫以及氫吸收二氧化碳制甲醇等，可以有力緩解碳排放和環境污染問題。該系統通過自然循環實現殘余熱量去除，具備失效安全特性，燃料利用率超過10%，熱電轉換效率可達40%-60%。此外，中國已探明釷資源約28萬噸，能夠支撐數千年的能源需求。

研究歷史

熔鹽堆研發始于20世紀40年代末的美國，橡樹嶺國家實驗室于1965年建成液態燃料熔鹽實驗堆（MSRE），這是迄今世界上唯一建成并運行的液態燃料反應堆，也是唯一成功實現釷基核燃料（鈾[yóu]-233）運行的反應堆。但由于“冷戰”的考慮，側重民用的熔鹽堆計劃下馬，美國熔鹽堆研發中止。

20世紀70代初，中國也曾選擇釷基熔鹽堆作為發展民用核能的起步點，上海“728工程”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，“728工程”轉為建設輕水反應堆。自此，世界范圍內熔鹽堆研發的國家行為幾乎停止。

21世紀初，能源危機、環境挑戰、核武技術擴散等問題，使釷基核能與熔鹽堆的研發在世界范圍內獲得新生。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，相關研究在國際上呈現急劇上升趨勢。近期，美國能源部制定了新的核能發展戰略，重新定義四代堆為“非水堆”（不用水冷卻的反應堆），計劃2030年至少有一種四代堆達到技術成熟并開始應用；同時改革傳統反應堆研發方式，鼓勵企業參與先進堆的研發，已有近10家美國企業選擇小型模塊熔鹽堆作為研發對象。

2011年，中科院圍繞國家能源安全與可持續發展需求，部署啟動了首批中科院戰略性先導科技專項（A類）“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）”，計劃用20年左右的時間，在國際上首先實現釷基熔鹽堆的應用，同時建立釷基熔鹽堆產業鏈和相應的科技隊伍。專項依托中科院上海應用物理所，中國科學院上海有機化學研究所、上海高研院、長春應化所、金屬所等10家院內外科研單位參與。同年1月，中科院在上海中國科學院上海應用物理研究所（SINAP）正式啟動了釷基熔鹽堆（TMSR）專項。

2017年4月，甘肅省武威市與中科院簽訂了在武威市民勤縣紅砂崗建設釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）項目的戰略合作框架協議，該項目分兩期建設，總投資220億元。同年11月7日，中國科學院黨組副書記、副院長劉偉平，副院長、黨組成員相里斌，上海科技大學校長、釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）戰略性先導科技專項首席科學家江綿恒一行赴甘肅調研考察，與甘肅省人民政府簽署TMSR項目戰略合作框架協議。

2018年12月29日，在上海市核學會成立40周年紀念大會上，中國科學院先進核能創新研究院院長徐洪杰透露，中國已在實驗室規模全面掌握這一全新領域的核心技術，相關產業鏈雛形基本形成，釷基熔鹽堆核能系統計劃于2030年后在全球率先實現商業應用。2023年10月11日11點08分，2MWt液態燃料釷基熔鹽實驗堆首次實現臨界反應。2024年6月17日10點12分，該實驗堆首次達到滿功率運行。2024年10月，中國完成世界上首次熔鹽堆加釷實驗，使該實驗堆成為世界上唯一運行的釷基熔鹽堆（綜合實驗平臺）。

2025年11月1日，中國科學院宣布，由中國科學院上海應用物理研究所牽頭建成的2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆，已首次實現釷鈾核燃料轉換，并在國際上首次獲取釷入熔鹽堆運行后實驗數據。截至當日，該實驗堆已成為唯一運行并實現釷燃料入堆的熔鹽堆，其初步證明了熔鹽堆核能系統利用釷資源的技術可行性，進一步鞏固了中國在國際熔鹽堆研究領域的引領地位。這是釷基熔鹽堆研發進程中的重要里程碑，為中國未來釷資源的規模化開發利用、發展第四代先進核能系統提供核心技術支撐與可行方案。中國科學院上海應物所透露，計劃在2035年建成百兆瓦級釷基熔鹽堆示范工程并實現示范應用。11月13日，國機重裝在投資者互動平臺表示，掌握了第四代核能主設備關鍵制造技術，具備為釷基熔鹽試驗堆提供產品或技術服務的能力。

技術原理

釷基熔鹽堆核能系統的主冷卻劑是一種熔融態混合鹽，可在高溫下工作以獲得更高的熱效率，還可保持低蒸汽壓從而降低機械應力。核燃料既可以是固體燃料棒，也可以熔于主冷卻劑中，從而無需制造燃料棒，簡化反應堆結構，使燃耗均勻化，并易于實現在線燃料后處理。液態燃料TMSR的基本結構及功能劃分主要包括堆本體、回路系統、換熱器、燃料鹽后處理系統、發電系統及其他輔助設備等。堆本體主要由堆芯活性區、反射層、熔鹽腔室/熔鹽通道、熔鹽導流層、哈氏合金包殼等組成，反應性控制系統、堆內相關測量系統、堆芯冷卻劑流道等布置在堆本體相應的結構件中，其主要功能是容納堆芯中的石墨熔鹽組件、堆內構件及相關的操作與控制設施。回路系統由一回路帶出堆芯熱能，二回路將一回路熔鹽熱量傳遞給第三個氦氣回路推動氦氣輪機做功發電。燃料鹽后處理系統包括熱室及其工藝研究設備、涉Be尾氣處理系統、放射性三廢處理系統及其他輔助系統，主要功能是對輻照后的液態燃料鹽進行在線后處理，回收并循環利用燃料和載體鹽。

技術特點

釷基核燃料儲量豐富、防擴散性能好、產生核廢料更少，是解決長期能源供應的一種技術方案。熔鹽堆使用高溫熔鹽作為冷卻劑，具有高溫、低壓、高化學穩定性、高熱容等熱物特性，無需使用沉重而昂貴的壓力容器，適合建成緊湊、輕量化和低成本的小型模塊化反應堆；熔鹽堆采用無水冷卻技術，只需少量的水即可運行，可在干旱地區實現高效發電。

釷基核燃料具有良好的經濟性、安全性、可持續性和防核擴散性，其商業化在當前技術基礎條件下也具有極高的可行性，但是針對堆運行溫度高、熔鹽腐蝕性強和后處理技術不成熟的特點，還需要開展很多基礎性工作和克服存在的技術難點，包括：燃料鹽的流動特性使得熔鹽堆技術成為完全不同于其他固體酒精反應堆的一種全新核反應堆技術，尚無成熟的反應堆設計和安全分析方法以及安全評估規范可供借鑒；燃料鹽連續在線后處理技術的可行性需要進行進一步的實驗驗證；熔鹽堆中流體燃料直接接觸石墨，因此熔鹽堆對于核純級石墨密封工藝和制造工藝要求較高；燃料鹽直接接觸管壁，管壁受到的中子通量較高，因此制作管壁的材料需要有較高的耐中子輻照性能；系和錒系金屬的溶解性、輻照后熔鹽與結構材料和石墨的兼容性以及金屬偏聚和控制等問題。

關鍵技術

1.高純度氟鹽制備與檢測技術

掌握氟化物熔鹽冷卻劑和燃料鹽的制備凈化技術，自主研制了高純化熔鹽制備凈化裝置，制備成功核純FLiBe熔鹽、高純FLiNaK熔鹽等，具備了年產噸級氟鹽的生產能力。解決了高溫熔鹽關鍵參數測試難題，建成系統完善的熔鹽物性與結構研究平臺。

建成氟化物熔鹽腐蝕評價平臺，系統開展了氟化物熔鹽腐蝕機制、堆用合金材料腐蝕評價與防護技術研究。通過熔鹽純化、合金成分優化及表面處理等技術，解決了氟鹽冷卻劑腐蝕控制難題。

掌握了高溫鎳基合金批量生產制造、加工與焊接工藝，實現耐腐蝕鎳基合金國產化(國內編號GH3535)，常規性能評估顯示與進口合金相當。突破高硬度合金加工與熱處理工藝中的技術瓶頸，實現寬厚板材、大口徑管材、大型環軋件的工業試制。

研發成功首款熔鹽堆專用的細顆粒核石墨NG-CT-50，掌握了工業化生產技術，常規性能評估顯示其滿足熔鹽堆需求，防熔鹽浸滲性能優于進口核石墨。建立了國產核石墨常規性能數據庫，直接推動了熔鹽堆專用核石墨國際規范的建立。

發展了綠色環保的溶劑萃取離心分離鋰同位素技術，替代傳統汞齊法，革除汞污染;完成實驗室規模串級實驗，獲得滿足熔鹽堆需求的99.99%以上豐度的鋰7.開發了溶劑萃取制備核純釷工藝，突破溶劑萃取分離痕量雜質的極限，實現99.999%純度和連續批量制備。

發展氟化揮發、減壓蒸餾和氟鹽電化學等干法分離技術，建立了溫度梯度驅動的蒸餾技術，提高了熔鹽的回收率和回收品質，降低了粉塵排放;建立了階躍式脈沖電流電解技術，在FLiBe-UF4熔鹽體系電解得到金屬鈾的分離率超過90%。

掌握了熔鹽中高效脫氣的鼓泡脫氚技術，用于多氣環境下氚分離的低溫分離技術，高效采集大氣中多種形態氚的收集技術，實現多氣并存氣氛中HTO、HT和Kr、Xe同時在線監測技術。

研究意義

熔鹽堆的優異性能主要來自其復合熔鹽冷卻劑的高沸點等物理化學特點，熔鹽還可以用在太陽能集熱、大規模熱能存儲和大功率電池等，熔鹽的廣泛使用給能源帶來了革命性變化。

熔鹽利用的核心技術涵蓋熔鹽的制備與純化、結構材料的制備加工、腐蝕控制、熔鹽回路的關鍵儀器設備設計與制造等方面。相關技術還包括環境友好型輕同位素分離、基于復合氟化鹽熱擴散的材料表面改性、高溫熔鹽回路的先進測量與控制、熔鹽堆堆芯設備的設計制造、先進熱能轉換與利用、高溫電解制氫、熔鹽堆乏燃料的干法分離與處理、核純釷制備、熔鹽堆燃料制備、以及環境中微量放射性氣體檢測與控制等多個領域。這些產業在中國幾乎處于空白狀態，TMSR先導專項將為釷基熔鹽堆的全產業鏈提供科技基礎。TMSR團隊已經開始與政府、資本和市場等社會因素合作，將先導專項中獲得的實驗室技術轉化為產業化，推動TMSR全產業鏈的發展。