中国大力发展的熔盐反应堆有何神奇之处

1、中国大力发展的熔盐反应堆有何神奇之处2017 年末，根据中科院官网介绍， 中国有望在 2020 年 前后于甘肃建成 2 个熔盐堆。由于化石能源终将耗尽，科学家们一直在寻找可以替代化 石能源的新能源，而在众多新能源中，核能被很多专家认为 是比风能、太阳能更具潜力和发展前景的新能源。因为在大 规模长时间储能技术成熟以前，风能、太阳能等可再生能源 能量密度低、随机波动、间歇性、和分布不匀决定了均不适 合作为能源体系内的基荷发电形式。第四代核能系统国际论 坛（ GIF ）共推荐了 6 种先进核能系统：钠冷快堆（ SFR）、 超高温气冷堆（ VHTR ）、超临界水堆（ SCWR ）、气冷快堆 （GFR

2、）、铅冷快堆（ LFR ）和熔盐堆（ MSR ），作为四代核 电的候选堆型。那么，熔盐堆有何神奇之处？促使中国在拥有高温气冷堆 和钠冷快堆两款具有第四代核能系统技术特征的核反应堆 的同时，还积极研发和建设熔盐堆核电站呢？熔盐堆并非新概念熔盐堆是 6 种第四代反应堆之一， 在固有安全性、 经济性、 核资源可持续发展，以及防核扩散等方面具有其它反应堆无 法比拟的优点。虽然熔盐堆是第四代反应堆，但它并非是新鲜事物，早在 几十年前，国际上就已经有相关研究了。在上世纪 40 年代，美国空军启动核能飞行器推进工程，为 轰炸机寻求航空核动力。 在 1951 年，启动了 Aircraft Nuclear Pr

3、opulsion 计划。在计划中，核动力轰炸机中计划采用 4 个 核动力涡轮发动机，设计功率为 200MW ，由熔盐堆反应产 生的热能取代喷气发动机内的燃料燃烧提供动力，可连续飞 行数周时间。美国橡树岭国家实验室承担了 Aircraft Nuclear Propulsion 计划中核能引擎反应堆的研发任务，于 1954 年建成第 1 个 用于军用空间核动力研究的 2.5MW 熔盐堆， 1965 1968 年，美国橡树岭国家实验室成功运行了 8MW 熔盐实验堆 3000 小时，证明了熔盐堆的可行性。不过，由于战略导弹的异军突起，使核动力轰炸机变为鸡 肋，熔盐堆也随之转向民用。然而，冷战时期美国政

4、府更加 青睐适合生产武器用钚、具有军民两用前景的钠冷快堆，放 弃了更适合钍铀燃料循环、侧重于民用的熔盐堆。在上世纪 70 年代，苏联也开始研究熔盐堆。不过，受切尔 诺贝利核事故与苏联解体的影响，相关研究近乎停滞。在 70 年代，清华大学也曾经研究过熔盐堆，不过受资金限 制，主要侧重于前期技术预研，并未建设实验堆。在近些年， 中国科学院启动了“未来先进核裂变能”战略性先导科技专项，钍基熔盐堆核能系统作为其两大部署内容之一， 计划用 20 年左右的时间，致力于研发第四代先进裂变反应 堆核能系统，实现核燃料多元化、防止核扩散和核废料最小 化等战略目标。（中国钍基熔盐堆核能系统阶段发展目标） 熔盐堆的

5、结构和工作原理钍基熔盐堆可以分为固态钍基熔盐堆和液态钍基熔盐堆， 具备三个基本特征： 一是利用钍基燃料， 二是采用熔盐冷却， 三是具有基于高温输出的核能综合利用系统。液态钍基熔盐堆是第四代反应堆中唯一使用液态燃料的反 应堆，因其特殊性，这里就主要介绍液态钍基熔盐堆。液态钍基熔盐堆的基本结构包括堆本体、回路系统、换热 器、燃料盐后处理系统、发电系统及其他辅助设备等。由于 使用液体核燃料，这就决定了其工作原理与常规固体燃料反 应堆的工作原理有所不同：含有钍的燃料熔盐以高于 500 C的堆芯入口温度，流入经优化设计的堆芯达到临界，燃料熔盐在堆芯处发生裂变反应释 放热量。回路系统中的一回路带出堆芯热能

6、，二回路将一回 路熔盐热量传递给第三个氦气回路，推动氦气轮机做功发电。 对于被核辐射照射过的液态燃料盐，燃料盐后处理系统会对 其进行回收和循环利用。（熔盐堆示意图）熔盐堆具有哪些特点和优势首先，熔盐堆具有较高的安全性。液体熔盐堆采用高温熔 盐作核燃料，兼作载热剂，不需专门制作燃料组件，因而杜 绝了堆芯融化事故发生的可能。加上熔盐的低蒸气压减少了 破口事故的发生，即便发生破口事故，熔盐在环境温度下也 会迅速凝固，能够防止事故进一步扩展。其次，熔盐堆可有效利用核资源和防止核扩散。由于钍基 熔盐堆所使用的钍无法用于核武器制造，因而推广钍基熔盐 堆能大幅降低核扩散的风险。必须指出的是，中国的铀矿储 备

7、虽然并不出众， 但在钍的储量上居于世界前列。 也就是说， 一旦钍基熔盐堆投入商业运营，中国基本不必为核燃料来源 担忧。再次，熔盐堆的热功率密度和发电效率高。熔盐堆的堆芯 结构较为简单，因而可以设计成具有较高功率输出的小型反 应堆。同时熔盐堆可以采用布雷顿循环，发电效率高达 45% 50% 。加上熔盐堆具有运行无需控制棒、 不停堆换料、 寿命长、功率易调等特点，使其可以用于核动力潜艇和水面 舰艇上。最后，熔盐堆具有多样化的功能。熔盐堆不仅能够发电， 还可产生高温工艺热，服务于工业制造。此外，熔盐堆还具 有供热、煤气化、甲烷重整、制氢等功能。还需要攻克哪些技术难关液态钍基燃料熔盐堆具有良好的经济性

8、、安全性、可持续 性和防核扩散性，其商业化在当前技术基础条件下也具有极 高的可行性。不过，针对堆运行温度高、熔盐腐蚀性强和后处理技术不 成熟的特点，还有不少需要克服的技术难题。首先，燃料盐的流动特性使得熔盐堆技术成为完全不同于 其他固体燃料反应堆的一种全新核反应堆技术，尚无成熟的 反应堆设计和安全分析方法以及安全评估规范可供借鉴。其次，燃料盐连续在线后处理技术的可行性需要进行进一 步的实验验证。再次，熔盐堆中流体燃料直接接触石墨，因此熔盐堆对于 核纯级石墨密封工艺和制造工艺要求较高。最后，燃料盐直接接触管壁，管壁受到的中子通量较高， 因此制作管壁的材料需要有较高的耐中子辐照性能。 .诚然，要将蓝图变为现实还要解决很多问题。我们由衷祝 愿中国的科研人员能够披荆斩棘，建成熔盐堆。如果中国能够实现这一目标，不仅可实现核燃料多元化， 确保我国