文 | 文渊的历史书

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前言

在21世纪的科技舞台上，核能领域正上演着一场激烈的角逐。在这场竞赛中，一个看似陌生的词汇——“钍基熔盐堆”，却成为了焦点。

这种曾被美国遗弃的“黑科技”，却被中国所看重，不惜投入数亿元进行研发，成为了世界上首个完成钍基熔盐反应堆的国家。

谁能想到，这个看似不起眼的熔盐堆，竟然有望成为人类实现核聚变前的终极能源方案？而中国，正是这场科技变革的引领者。

何为钍基熔盐堆？

其优点有哪些

钍基熔盐堆是一种全新的核能系统，由钍基核燃料和熔盐堆两大创新技术组成。

钍基是一种独特的核燃料，而熔盐反应堆则是一种新型的第四代反应堆装置。

在钍基熔盐堆中，钍基燃料是关键组成部分，与传统核电工业燃料主力铀基相比，钍基燃料具有更加广泛的应用范围。

钍基燃料的优势在于其丰富的资源和低成本，钍元素存在于地壳中的含量相对较高，因此采集和提取不成问题。

钍燃料

相比之下，铀元素资源稀缺，并且开采和提炼成本高昂，因此难以满足不断增长的能源需求。

铀

要成功应用钍基燃料，关键在于开发适合的反应堆，反应堆是能够承载核裂变过程中产生的巨大能量的装置。

而熔盐堆的结构和传统的核反应堆相似，但由于采用了氟化盐作为冷却剂将燃料盐直接溶解生成氟化盐，大大降低了压力和爆炸风险。

除了液体燃料外，熔盐堆还可以使用燃料颗粒作为固体燃料。

相较于传统的核电站，钍基熔盐堆具有许多优势。

最大的优势就是钍基熔盐堆具有更高的安全性。由于采用常压设计的反应堆，即使出现故障，也不会发生爆炸。

熔盐堆系统示意图

此外，在高温下，反应堆内熔盐能够自动流出，从而终止核反应，大大降低了放射性物质泄漏的风险。

FLIBe熔盐

与此同时，熔盐堆还具有更低的制造和维护成本，因为它对水资源需求较少，而核燃料的后处理成本也更低，这使得熔盐堆的运行成本更有竞争力。

钍基熔盐堆还在防止核扩散方面具有优势。

钍在裂变过程中不会产生可用于核武器的原材料，这一点与传统的铀核反应堆相比具有显著优势。

此外，钍基熔盐堆使用的钍基燃料储量丰富，能够满足未来长期的能源需求，而钍基熔盐堆的核废料放射性较低，半衰期较短，有利于核废料的处理和回收。

简而言之，钍基熔盐堆作为一种新型的核能系统，以其高安全性、低成本、防止核扩散和高度可持续性等优点在能源领域引起了广泛关注。

随着技术的进一步发展和完善，钍基熔盐堆有望在未来的核能市场中发挥重要的作用，为人类提供清洁、高效的能源。

但就是如此重要的一项技术，美国当时为何放弃了呢？

被美国嫌弃的钍基熔盐堆

1946年,美国空军启动了一个叫做“飞行器反应堆实验”的计划,目标是研发出一种核动力轰炸机。

这架轰炸机需要能够携带核武器进行远程威慑,要求具有极长的续航能力。

为实现这一目标,科学家们决定研究一种全新的核反应堆——熔盐堆。

1954年,世界上第一座熔盐堆实验装置在美国橡树岭国家实验室诞生，不过这个时候核燃料使用的还是U-235。

橡树岭国家实验室的飞行器反应堆实验原图

它的优点不仅仅在于稳定,操作上也更简单,由于运行压力低,压力容器的规格可以很小,控制性能也得到了提高。

但是作为第一代核反应堆，其缺点也是存在的，像为了短时间内达成目的就没少往这上面投钱，所以其成本非常高。

此外，其发电功率也不是很高，所以对于第一代核反应堆还有很大的改善空间。

然而,就在美国研究人员兴致勃勃准备对这项技术完善开始做各种努力的时候，这项技术的提出者--美国空军却突然对此失去了兴趣。

因为1957年的时候，苏联的洲际弹道导弹试射成功了，速度、射程、搭载的武器都有了一个巨大的飞跃。

而苏联战略弹道导弹的出现也让核动力轰炸机黯然失色,钍基熔盐堆也失去了军用需求，所以美国空军当即就叫停了这项研究工作。

尽管如此,橡树岭实验室的科学家们还是不想放弃，军用这条路走不通的情况下，他们就转向了民用领域，试图让这项技术在民用领域上发光发热。

1965年,世界上第一座采用钍基核燃料的液态燃料实验堆——MSRE问世，这座8兆瓦的实验堆运转了5年之久。

MSRE工厂简图

注意，这次核燃料使用的已经不是第一代所使用的U-235了，因为美国科学家发现了价值更高的钍元素，使用一吨所能够提供的能源是传统的200倍。

而且其资源比铀元素更加丰富，用它个几万年都不成问题，所以在这种情况下，钍元素开始慢慢的进入了人们的视野。

铀矿

在前一次成功的鼓舞下,他们对钍基熔盐堆的前景充满信心，所以在MSRE问世不久美国科学家们又开始谋划建造一座更大的1吉瓦级实验堆MSBR。

然而好景不长,就在MSBR项目即将启动之际,美国政府突然削减了钍基熔盐堆的研发经费。

此时的美苏正处于冷战的白热化阶段,美国政府认为大力发展核武器比发展民用核能更为重要。

于是军民两用的钍基熔盐堆被冷落,更适合军用的钠冷快堆成为了新的研究热点。

在美国放弃钍基熔盐堆的同时,中国却开始了这一领域的探索。

1970年,中国启动了“728工程”,以钍基熔盐堆为研发对象。

与此同时,时任美国总统尼克松也宣布,美国将在十年内实现商业化熔盐堆,可见熔盐堆技术仍受到国际社会的广泛关注。

然而就在钍基熔盐堆即将取得重大进展之际,美国三哩岛核泄漏事故的发生再次改变了其命运。

这次严重的事故让美国在核电站的安全性问题上陷入了信任危机,核电站的研发也进入了停滞期。

与此同时,美苏冷战进入了最激烈的阶段,美国迫切需要大量核武器来应对苏联的威胁。

结果,民用的钍基熔盐堆再次被政府抛弃,美国将研发重心完全转移到了铀堆上。

1976年,熔盐堆计划在美国正式停止，除美国外,受切尔诺贝利核事故影响,苏联等国的相关研究也都陷入了停滞。

至此,这项前景广阔的技术不再受到主流国家的重视,被迫进入了长达40年的冬眠期。

40年后,随着常规铀堆的种种问题逐渐暴露,美国终于意识到当年放弃钍基熔盐堆可能是一个错误的决定。

1999年,美国重新启动了这一领域的研究,希望能开启钍基熔盐堆的新纪元。

而在这40年的空窗期里,一直在坚持这项技术研究的中国,也终于迎来了历史性的机遇。

中国第四代核电站的崛起

中国钍基熔盐堆问世,标志着人类迈入核能利用的新纪元。

作为第四代核反应堆技术的代表,它被誉为人类实现核聚变前的终极能源方案，其商业化运营的成功,预示着一个崭新的未来即将来临。

追溯这个伟大发明的由来,我们不得不提起20世纪70年代的中国。

当时的中国经济发展正遭遇严重的能源短缺，为应对挑战,中国于1970年2月启动了“728工程”,目标是研发高效的核反应堆。

该项目最初选择的技术路线就是熔盐堆，次年,中国成功建成了世界上第一座冷态熔盐堆,标志着一个新的起点。

但由于种种原因,该项目最终转为研发更成熟的轻水堆技术，尽管如此,中国科学家对熔盐堆技术的兴趣和探索从未间断。

2006年,中国正式将钍基熔盐堆作为第四代核电站技术的重点发展方向。

2011年,中国科学院宣布启动战略先导项目,全力攻克钍基熔盐堆核能系统的关键技术,这就是TMSR项目。

相比其他类型核反应堆,钍基熔盐堆最大的优势在于其高效和安全。

它采用了钍铀燃料循环技术,实现了氟化挥发和减压蒸馏的冷态贯通,让燃料得以循环利用;

其次,通过高温熔盐回路,它解决了熔盐堆反应器的密封难题;

再者,它实现了熔盐的自然循环余热排出,大大提高了安全性。

此外,钍基熔盐堆还具有体积小、适应性强等特点，这些技术创新,使其成为新一代核电站的最佳选择。

为确保TMSR项目的成功,中国采取了系统性的组织策略，该项目分为两大路线:固态熔盐堆FHR和液态熔盐堆TMSR。

它们分三个阶段建设:2兆瓦试验堆、10兆瓦试验堆和100兆瓦示范堆。两条路线通过错开建设的方式相互促进。

与此同时,中国还与美国开展国际合作,迅速培养了大批核心人才。

凭借雄厚的科研实力和清晰的发展蓝图,中国团队如期完成了系统性技术验证,成为全球钍基熔盐堆技术的领头羊。

2021年9月,中国的首座商业化钍基熔盐堆核电站在甘肃武威启动了试运行,标志着一个新的时代的来临。

中国的钍基熔盐堆问世,不仅彻底改变了核能利用的模式,也使全球核能格局发生了翻天覆地的变化。

而今年12月5日，江南造船厂也发布了全球首个，也是世界最大的核动力集装箱设计方案，而它所使用的核动力就是第四代堆型熔盐反应堆。

所以作为该项世界领先技术的引领者,中国必将引领人类核能工业迈入崭新的未来，而且一旦我国航母用上了熔盐核反应堆，美国海军的航母霸权就彻底凉凉了。

我们满怀信心地期待着2050年前后,钍基熔盐堆核电站能够实现大规模的商业化应用,造福社会,造福人类!

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