全球唯一釷基熔鹽堆首次實現釷鈾核燃料轉換

一、釷基熔鹽堆的優點

               依據外媒報導，中國科學院11月1日發布消息，位於甘肅省武威市民勤縣的2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆近日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後實驗數據，成為目前全球唯一運行並使用釷燃料的熔鹽堆，在實際運轉中證實了利用釷資源發電技術的可行性，為後續規模化利用釷燃料奠定了重要科學基礎。這座實驗堆是中國自主研發、設計和建造的第四代反應堆，也是目前國際上唯一運作的釷基熔鹽堆。釷基熔鹽實驗堆以釷作為核燃料、以液態氟化物熔鹽作為冷卻劑，具有安全、無水冷卻、常壓工作和高溫輸出等優點。自2011年專案成立以來，科學研究團隊突破並掌握了材料、儀器、設備研發和系統整合等相關核心技術。其中，實驗器採取了創新的一體式堆本體設計，將堆芯、燃料鹽泵、熱交換器等核心設備整合在反應器主容器內，顯著降低了放射性洩漏風險，提高了反應器的安全性。目前，這座釷基熔鹽實驗堆已實現了整體國產化率大於90%，關鍵核心設備100%國產化，供應鏈自主可控。釷基熔鹽堆是一種清潔高效的能源系統，與高溫熔鹽儲能、高溫製氫、太陽能、風能、煤氣油化工相結合能夠形成多能互補、低碳複合的能源系統和低碳化工體系。中國釷資源極為豐富，興建釷基熔鹽堆、實現釷資源的工業應用，可以推動國家戰略上實現能源獨立，為國家能源安全與永續發展提供重要支撐。

   釷基熔鹽堆有許多優點，釷在地球上儲量比鈾更豐富，如果用釷發電，中國釷的儲量約可使用兩萬年。熔鹽堆最大的商業優勢是在核廢料的處理上，採用核廢料混合反應，無疑可減少廢料處理難題。釷基熔鹽堆不須冷卻水故可選在內地及沙漠不須瀕臨河海。 釷熔鹽反應堆的冷卻劑是複合型氟化鹽，不像鈾反應堆或輕水反應堆那樣，需要使用大量的冷卻水，所以它不需要像傳統核電站那樣，建在江河湖海邊，內陸地區、沙漠、山區、乾旱及高原地區都可以興建，對地點更富彈性。釷基反應堆的冷卻劑是複合型氟化鹽，不像鈾反應堆那樣需要消耗大量的冷卻水資源，所以環境兼容性較大，在缺水的地方也可以建造和運行。1噸釷能夠提供相當於200噸鈾、或者350萬噸煤所提供的能源，目前世界已知的釷儲量至少能夠為全世界提供1萬年的能源支持。釷基熔岩堆的堆芯燃料是溶解於氟鹽中的釷鈾混合物，氟鹽的熔點為550℃，沸點是1400℃，其工作環境可以實現常壓高溫（700℃），液態燃料流入改進後的堆芯後達到臨界值發生裂變反應產生熱能，熱量被自身吸收並帶走，流出堆芯後重返次臨界狀態。釷基熔鹽堆熱電轉換效率更高，其採用布雷頓熱循環，熱點轉換效率可達到45%-50%，高於目前主流反應堆朗肯循環（33%），可利用熱量更大。

二、釷基熔鹽堆對國家的戰略價值

   釷是一種放射性較弱的銀色金屬，天然存在於岩石中。釷基熔鹽堆，是以釷為燃料，以高溫熔鹽作為冷卻劑的第四代先進核能係統，具有無水冷卻、常壓工作和高溫輸出等優點。這條技術路線符合釷資源豐富的國家，更能與太陽能、風能、高溫熔鹽儲能、高溫製氫、煤氣油化工等產業深度融合，建構多能互補低碳複合能源系統。釷基熔鹽堆，與目前普遍使用的壓水堆不同，採用高溫液態熔鹽作為冷卻劑，無需巨大壓力容器，也不用大量水冷卻。2011年，中科院啟動先導科技專項“未來先進核裂變能－釷基熔鹽堆核能係統”，依托體系化、建制化優勢，集聚了一支協同創新隊伍。實驗堆2020年1月動工建設，2024年6月首次實現滿功率運行，2024年10月完成世界首次熔鹽堆加釷，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台。釷基熔鹽堆首次實現堆內釷鈾轉化，是一件跨時代的大事。傳統核電站用的是鈾-235當燃料，而釷本身不能直接發生連鎖裂變反應，但當它吸收一個中子後，會轉化成鈾-233。而鈾-233是一種可裂變物質。將含有釷的核燃料直接溶解在高溫的液態氟化鹽中。這種液態的熔鹽既作為燃料，又作為帶走熱量的冷卻劑。它在反應器內部循環流動：一部分在堆芯「燃燒」產生中子，並讓釷吸收中子開始轉化；另一部分則流動到外部系統，進行熱量交換和後續處理。所以，整個過程可以概括為：利用反應器產生的中子，將自然界中相對豐富的釷資源，在堆內「煉製」成可裂變的鈾-233燃料，並實現持續發電。

   這次實驗成功是首次在真實的反應器中驗證了整個技術的可行性。那麼，其重要性體現在打開了一座巨大的能源寶庫。中國的釷資源儲量豐富，但鈾資源卻相對匱乏。成功利用釷資源，相當於將中國從一個缺資源轉變成富資源的國家。從戰略上極大地提升了中國的能源自主，釷也是開採稀土礦的伴生元素，可以說是「開採稀土附贈釷資源」。它代表了更安全、更先進的核能技術。釷基熔鹽堆屬於國際上公認的第四代先進核能係統，天生具有更高的安全性。這意味著它不需高壓容器，避免爐心熔毀事故。它還可以實現無水冷卻，在戰略上可在內陸沙漠區建造核電站，戰備防禦力更強，搶佔了未來能源科技的製高點。而國產率高意味著從材料、設備設計、製造完全掌握在自己手中，不受制於人。讓中國在下一代核能科技中處於領先地位。此次釷基熔鹽實驗堆的成功，不只是驗證了一個科學原理，更預示著未來人類可應用更安全、資源更豐富的方式來獲取可靠的清潔能源，這無論對於保障國家的長遠發展，還是對於應對全球氣候變化，都有著不可估量的價值。

三、釷基融鹽堆是中國的驕傲

   中國位於甘肅省武威市民勤縣的釷基熔鹽實驗堆早已穩定運轉並成功完成釷鈾可分裂物質轉換，是全球唯一建成並運行的熔鹽堆第四代核電裝置，中國顯然在中美科技爭霸上再勝一城。這座2兆瓦熱功率的融鹽反應器矗立在戈壁中，標誌著中國在第四代核能技術領域實現世界第一，更將釷元素的能源應用推向世界能源舞台。這種長期以來被視為稀土開採伴生廢料的灰色金屬，因其驚人的能量密度，被科學家重新定義為中國能源轉型的戰略資源。僅僅1克釷蘊含的能量，就足以滿足一個一般家庭數十年的穩定用電需求。據《南華早報》等媒體報導，中國在內蒙古白雲鄂博礦床發現百萬噸級大型釷礦，預估儲量足夠使用 6 萬年，可能從根本上改變能源產業。釷是自然界存在的放射性金屬元素，其能量密度是鈾的3倍。與傳統鈾燃料核電站不同，釷反應爐的安全性更高。釷基熔鹽堆使用熔化的氟化鹽作為載熱工質，常溫下為固態，高溫下變成液態，更高溫則變成氣態。

   為何需要釷基熔鹽堆?中國推動釷基熔鹽堆源自於豐厚的釷藏量與戰略需求。能源專家估算，若將中國現有釷資源全部用於發電，以當前電力需求計算，足以支撐2萬年的能源供應。2011年，中國科學院重啟「釷基熔鹽堆核能係統」項目，正式吹響了進軍第四代核能技術的號角。科學研究團隊歷經十餘年持續攻關，成功突破核心材料與工程瓶頸。同時，實施「三步驟」國家戰略，從實驗堆（甘肅武威2兆瓦熱功率）到研究器（10兆瓦電功率），再到示範堆（60兆瓦熱功率），最終在2030年後建造百兆瓦級商業化反應器。位於甘肅省武威市民勤縣的熱功率為2兆瓦的液態燃料釷基熔鹽實驗器於2018年動工，於2023年10月首次實現臨界反應，2 023年12月成功發電，2024年6月達到滿功率運行，2024年10月完成世界首次熔鹽堆加釷實驗，2025年4月已實現連續穩定運行，成為目前全球唯一運行中的釷基熔鹽堆。至此，「三步驟」策略的第一步已經基本完成。此外，發電功率10兆瓦的小型模組化研究堆，計畫2025年在甘肅武威動工建設，重點驗證高功率、高輻照工況下的關鍵技術，為大型商業堆提供資料支撐。示範堆計畫2030年前建成。由此，中國規劃到2035年，建造5-10座釷基熔鹽商用堆。