熔鹽堆核能系統(tǒng)是第四代核電6種候選堆型之一，包括釷基核燃料、熔鹽堆、核能綜合利用3個子系統(tǒng)，具有固有安全性高、能量利用效率高、可實現(xiàn)核燃料增殖、核廢料嬗變等優(yōu)點。

由于自然界中大量存在釷元素，開發(fā)釷資源的核能利用是全世界半個多世紀(jì)以來的夢想。但熔鹽堆“命運波折”，其研發(fā)始終起起伏伏，在經(jīng)歷了近半個世紀(jì)的低谷后，熔鹽堆再一次走進(jìn)人們的視野。

曾經(jīng)的寵兒

熔鹽堆研發(fā)始于20世紀(jì)40年代末的美國。橡樹嶺國家實驗室于1960年在熔鹽實驗堆研究計劃中取得了巨大成功，證明了熔鹽堆技術(shù)的可行性與可靠性。隨后建設(shè)的熔鹽堆也是迄今世界上唯一建成并運行的液態(tài)燃料反應(yīng)堆，唯一成功實現(xiàn)釷基核燃料（鈾-233）運行的反應(yīng)堆。但是由于其采用液態(tài)燃料與其他反應(yīng)堆主流固體燃料的概念相悖，且不能滿足冷戰(zhàn)時期提取钚的軍事需求，遂失去了美國政府的支持。

在當(dāng)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(yīng)。20世紀(jì)70年代，俄羅斯開展過Th-233U燃料循環(huán)、嬗變等熔鹽堆方面的基礎(chǔ)研究，并與歐洲原子共同體合作提出了2400MW的熔鹽錒系元素再循環(huán)與嬗變堆（MOSART）。但1986年切爾諾貝利事故帶來的影響，使得俄羅斯的熔鹽堆研究幾乎停滯。

回看我國，20世紀(jì)70代初，我國也曾選擇釷基熔鹽堆作為發(fā)展民用核能的起步點，并于1971年建成了零功率冷態(tài)熔鹽堆并達(dá)到臨界。但限于當(dāng)時的科技、工業(yè)和經(jīng)濟(jì)水平，轉(zhuǎn)為建設(shè)輕水反應(yīng)堆。

曾風(fēng)靡全球的原因

釷基熔鹽堆具有五大特點：一是固有安全性高。當(dāng)熔鹽堆內(nèi)熔鹽溫度超過預(yù)定值時，設(shè)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(yīng)急儲存罐，使核反應(yīng)終止。熔鹽堆工作在常壓，操作簡單安全。熔鹽堆還可建在地面10米以下，有利于防御恐怖破壞和戰(zhàn)爭襲擊。

二是核燃料長期供應(yīng)。熔鹽堆使用使用釷鈾核燃料循環(huán)。對于陸地釷資源儲量的估計，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?qū)⑩Q用于生產(chǎn)核能，可保我國能源供應(yīng)千年無憂。

三是核廢料最小化。熔鹽堆可以對核燃料和反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)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(kuò)散。傳統(tǒng)反應(yīng)堆所產(chǎn)生的核廢料中，有大量易于生產(chǎn)核武器的核燃料钚-239，因此存在核武器擴(kuò)散的風(fēng)險，而科學(xué)界公認(rèn)釷-鈾燃料循環(huán)不適于生產(chǎn)武器級核燃料，只能用于產(chǎn)生核能。

五是多用途與靈活性。小型模塊化反應(yīng)堆、混合能源均為未來核能的發(fā)展方向。熔鹽堆是小型模塊化反應(yīng)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(yīng)用。因此，未來或可出現(xiàn)小型化、社區(qū)用的核能系統(tǒng)。

“與第三代核技術(shù)相比，熔鹽堆更安全，也更靈活，冷卻劑為氟化鹽，冷卻后即變?yōu)楣虘B(tài)鹽，既不易泄漏，又不會與水源接觸導(dǎo)致污染。同時，由于不依賴水源，使得反應(yīng)堆選址更加自由，一旦技術(shù)成熟，可為中國內(nèi)陸核電建設(shè)提供更靈活的廠址選擇。”中國科學(xué)院先進(jìn)核能創(chuàng)新研究院籌備組組長徐洪杰說。

卷土重來

熔鹽堆以其顯見的優(yōu)勢始終吸引著世界的眼球。

21世紀(jì)初，第四代反應(yīng)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。

隨后，世界范圍內(nèi)又重新爆發(fā)出熔鹽堆研究的新氣象，美、法、俄、日等各國競相發(fā)展了多種類型的熔鹽堆概念設(shè)計。美國科學(xué)家率先提出了固態(tài)燃料熔鹽堆的概念，其主要目標(biāo)瞄準(zhǔn)了高溫輸出與核能制氫。美國能源部與橡樹嶺、愛達(dá)荷國立實驗室、麻省理工等大學(xué)及西屋公司和阿海琺公司在發(fā)展氟鹽冷卻高溫堆的問題上形成基本共識，并已啟動了大型研究計劃。

而時隔40年之后，中國再次啟動釷基熔鹽堆的研究。2010年，中國科學(xué)院啟動了“未來先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，即“未來先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）”，計劃用20年時間實現(xiàn)釷基熔鹽堆的商業(yè)應(yīng)用。具體來說，2011～2015年建成2MW釷基熔鹽實驗堆并在零功率水平達(dá)到臨界；2016～2020年建成10MW釷基熔鹽堆并達(dá)到臨界；2020～2030年建成示范性100MW(e)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)并達(dá)到臨界。