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导读
全球唯一运行的钍基熔盐堆系统在甘肃武威稳定运行，标志中国领跑第四代核电技术。作为第四代核能候选堆型，钍基熔盐堆以钍 - 232 为燃料，通过闭式循环将燃料利用率从传统铀堆的 1% 提升至 99%，1 吨钍能量相当于 350 万吨煤，中国 28 万吨钍资源可支撑 2 万年电力需求。
其 “三明治” 结构实现燃料与冷却剂一体化，700℃高温下常压运行，被动安全机制可杜绝堆芯熔毁，发电效率达 45%-50%，还能驱动工业供热等场景。历经 50 余年技术沉淀，中国实现全产业链自主可控，关键设备国产化率达 95%，并规划 “三步走” 商业化路径，2040 年将大规模应用。
这一突破将助中国摆脱铀资源依赖，年减排 7200 万吨 CO₂，推动高耗能产业西移，更主导全球钍基核电标准，开启能源革命新篇章。
全球唯一处于运行状态的钍基熔盐堆系统，于甘肃省武威市民勤县的钍基熔盐实验堆（TMSR-LF1）实现连续稳定运行。这座矗立在西北戈壁的 “钢铁熔炉”，不仅标志着中国在第四代核电技术领域实现全面领跑，更开启了人类能源史上的新篇章。
钍基熔盐堆（TMSR）作为第四代核能系统六大候选堆型之一，其核心在于利用钍 - 232 作为核燃料，通过中子轰击转化为可裂变的铀 - 233，形成闭式燃料循环，与传统铀基反应堆相比具有多方面的革命性突破。
武威实验堆采用独特的 “三明治” 结构，核心区为在700℃高温下保持液态的氟化锂 - 氟化铍 - 氟化钍熔盐混合物，中间层是石墨慢化剂，外层是由哈氏合金 N 型特种钢材构建的耐腐蚀容器。这种设计让燃料与冷却剂融为一体，借助管道流动实现 “在线换料”，省去了传统反应堆复杂的燃料棒制造和更换流程。更重要的是，当温度超过 650℃临界值时，底部冷冻塞会自动熔化，熔盐流入地下应急罐，使反应即时终止，从根本上杜绝了堆芯熔毁的风险。
在资源利用方面，钍是一种储量丰富的天然元素，全球已探明储量约 750 万吨，中国占比 11%，主要分布在内蒙古、广东等地，1 吨钍的能量密度相当于 350 万吨煤炭，中国已探明的 28 万吨钍资源按当前能源消耗速率可支撑 2 万年电力需求，通过钍铀循环，燃料利用率从传统铀堆的 1% 大幅提升至 99%，彻底打破了铀资源垄断格局。在能源输出上，熔盐堆运行在常压 700℃以上，采用布雷顿热循环，发电效率可达 45%-50%，较传统压水堆的 33% 显著提升，其输出的高温核热不仅可用于发电，还能直接驱动工业供热、高温制氢等场景，为钢铁、化工等高耗能产业提供低碳解决方案。
中国钍基熔盐堆的突破历经了漫长的技术沉淀与战略布局。早在 1971 年，上海 “728 工程” 就建成了零功率冷态熔盐堆并达到临界，不过受当时工业水平限制，最终转向轻水堆路线。2011 年，中科院重启钍基熔盐堆研究，启动 “未来先进核裂变能” 战略性先导科技专项，计划用 20 年时间实现技术突破。经过 14 年的攻关，2023 年 6 月，武威 2MW 液态燃料实验堆首次实现临界反应；2024 年 10 月完成世界首次熔盐堆加钍实验；2025 年 6 月实现连续稳定运行，累计运行时长超过 13000 小时，验证了全流程技术可行性。
在技术攻关过程中，中国实现了全产业链的自主可控，自主研发的镍基合金 GH3535 在 700℃熔盐中腐蚀速率 < 0.02mm / 年，寿命较传统材料提升 10 倍；独创的在线化学分离系统可实时提取纯度达 99.99% 的铀 - 233，解决了国际同行 20 年未决的难题；国产细颗粒核石墨 NG-CT-50 防熔盐浸渗性能优于进口产品，浙富控股等企业参与的控制棒系统、氟盐制备设备已实现国产化，关键设备国产化率从 75% 提升至 95%。
在战略布局上，中国采取 “三步走” 战略推进商业化，2025 年启动 10 兆瓦级研究堆建设，重点验证高功率、高辐照工况下的关键技术；2030 年前建成示范堆，目标度电成本较三代堆降低 30%；2040 年前后实现大规模商业化应用，同时积极开展国际合作，与巴基斯坦签署合作协议，计划通过熊猫债券融资建设 10MWe 商业堆，推动钍基核电技术输出。
武威实验堆的成功运行，不仅是技术突破，更是中国能源战略自主的关键落子。中国作为全球最大能源消费国，铀资源对外依存度超过 80%，钍基熔盐堆的规模化应用将彻底摆脱对进口铀矿的依赖，建立独立自主的核燃料循环体系，按 2035 年部署 10 座 100MWe 商用堆测算，年发电量可达 876 亿度，减排 CO₂7200 万吨，相当于种植 2 亿棵冷杉。而钍基熔盐堆的模块化设计使其可灵活部署于内陆干旱地区，如甘肃武威实验堆仅需少量水即可运行，为西部能源基地建设提供了可能，其低成本电力（目标电价 0.1 元 / 度）将推动电解铝、数据中心等高耗能产业向中西部转移，重塑区域经济格局，预计到 2040 年，全球钍基堆市场规模将达 1200 亿美元，中国有望占据主导地位。
在国际竞争中，中国在钍基熔盐堆领域的领先打破了西方国家在核能技术上的垄断，美国虽在 20 世纪 60 年代建成 MSRE 实验堆，但因冷战战略调整而终止研究，印度、俄罗斯等国仍处于实验室阶段，中国通过主导第四代核能系统国际论坛（GIF）熔盐堆工作组，正在推动建立全球钍基核电标准体系。
尽管前景广阔，钍基熔盐堆仍面临多重挑战。在技术优化方面，材料寿命和燃料纯化等问题有待解决，泵阀组件在强辐射环境下的寿命需从 1.2 万小时提升至 5 万小时，镤 - 231 分离效率需从 95% 提升至 99.9% 以减少中子毒物，此外，熔盐堆专属安全标准尚未建立，中国正牵头制定《熔盐堆核安全导则》，推动国际认证体系建设。国际方面，由于钍资源分布不均（印度占 30%、澳大利亚占 17%），中国需加强与资源国合作，建立 “钍能源共同体”，同时通过技术输出和融资创新。
从商用进程来看，中国已有明确的推进路径。2025 年启动的 10 兆瓦级研究堆将为后续技术验证奠定基础，若进展顺利，参照 “实验堆 - 示范堆 - 商用堆” 的发展节奏，预计 2030 年前有望建成 100 兆瓦级的商用堆，目标电价低至 0.25 元 / 度，具备初步市场竞争力。不过，要实现百万兆瓦级商用堆的大规模普及，还需攻克材料寿命、燃料纯化效率等核心难题，结合技术迭代速度与工程落地周期，预计到 2040 年前后，钍基熔盐堆有望进入广泛商业化应用阶段，成为全球低碳能源体系的重要支柱。
相较于传统的铀基水冷核反应堆，钍基熔盐反应堆在多个方面展现出显著优势。在安全性上，传统铀基水冷堆需主动冷却，运行压力高，一旦冷却系统故障，易因堆芯过热导致严重事故，如切尔诺贝利、福岛核事故。而钍基熔盐堆采用熔盐作为冷却剂，熔盐高沸点特性使其可常压运行，从根源上避免了高压系统可能引发的爆炸风险。并且，它还具备独特的被动安全机制，当温度异常升高时，熔盐会自动通过底部冷冻塞的熔化流入地下应急罐，终止核反应，确保反应堆安全。
从能源利用效率来看，传统反应堆的热电转换效率约为 33%，而钍基熔盐堆运行在常压 700℃以上，采用布雷顿热循环，发电效率可达 45%-50%，大幅提升了能源转化利用水平。在资源利用层面，传统铀堆主要利用铀 - 235，其在自然界中稀缺，提炼难度大，资源利用率仅 1% 左右。钍基熔盐堆以储量丰富的钍为燃料，通过钍 - 铀循环，燃料利用率可从传统铀堆的 1% 大幅提升至 99%，中国已探明的 28 万吨钍资源按当前能源消耗速率可支撑 2 万年电力需求，极大地拓展了核燃料来源。
在核废料处理方面，传统铀堆产生的核废料量大，且放射性半衰期长达数万年，处理与储存难度极高，潜在环境风险大。钍基熔盐堆产生的核废料量仅为铀堆的千分之一，放射性半衰期也大幅缩短至 300 年，极大降低了长期处理与储存的压力，环境友好性显著提升。此外，钍基熔盐堆中产生的铀 - 233 含有铀 - 232，其高放射性使铀 - 233 难以被用于武器制造，增强了核不扩散的安全性。
当然，与已经发展成熟、广泛应用的传统核反应堆相比，钍基熔盐堆技术尚处于发展阶段。目前其工程验证和大规模部署经验相对欠缺，需要时间与大量实践来完善；熔盐对反应堆材料的腐蚀性较强，这对材料研发提出了极高要求，需持续开发更先进的耐腐蚀材料；在线燃料处理和裂变产物的分离技术也较为复杂，有待进一步优化。
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