甘肃荒漠里的“能源密码”：钍基熔盐堆如何改变能源未来

　　在甘肃武威的一片荒漠中，一座银灰色建筑安静运行，这里进行的实验可能改变中国乃至世界的能源格局。

　　荒漠、银灰色建筑、无烟囱无噪音——这不是科幻场景，而是正在甘肃武威进行的能源革命现场。这里运行着全球唯一的钍基熔盐实验堆，这项技术将储量丰富的钍元素转化为清洁能源，为中国能源结构转型提供了全新可能。

　　钍基熔盐堆作为第四代核能系统的六种候选堆型之一，以其高安全性、资源丰富性和核废料少的特点受到国际关注。中国在这条技术路径上的突破，不仅展示了科技创新能力，也为全球核能发展提供了新思路。

　　01 技术原理，第四代核能的创新路径

　　钍基熔盐堆是一种创新的核反应堆设计，与目前主流的压水堆有着本质区别。传统核电站使用固体燃料棒和水冷却剂，而钍基熔盐堆采用溶解了钍的氟化物熔盐作为燃料和冷却剂。

　　这种设计的核心优势在于固有安全性。熔盐在常压下工作，沸点高达1400℃以上，远高于运行温度，避免了压水堆中因压力过高导致的风险。当反应堆温度异常升高时，熔盐体积膨胀会使核反应速率自然降低，实现自动调节。更重要的是，堆芯底部设有冷冻塞，在停电或超温时会自动熔化，让熔盐流入应急储存罐，实现被动安全停堆。

　　从资源角度看，钍在地壳中的储量是铀的3-4倍。中国已探明钍资源量超过30万吨，足够满足国内数万年的能源需求。与铀资源高度集中在少数国家不同，钍资源分布相对均匀，这为中国能源安全提供了新保障。

　　钍基熔盐堆的概念最早由美国橡树岭国家实验室在20世纪50年代提出，并于1965年建成实验堆。但由于当时冷战背景下核武器研发的优先性，以及材料科学和熔盐化学方面的技术挑战，美国在1970年代初停止了相关研究。

　　中国的研究起步于上世纪70年代。2011年，钍基熔盐堆研究被列入国家“十二五”规划，成为国家重大科技专项。经过十年攻关，科研团队在耐腐蚀材料、熔盐制备、反应堆设计等关键领域取得突破。

　　2021年，2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆在甘肃武威建成并实现临界。2023年，该反应堆实现稳定运行，标志着中国成为全球首个实现第四代核能系统“钍基熔盐堆”从设计、建造到运行全链条技术的国家。这一成就体现了中国在先进核能技术领域的长期积累和持续投入。

　　与现有核电站相比，钍基熔盐堆在多个维度具有显著优势。安全性大幅提升是最突出的特点。传统核电站最令人担忧的堆芯熔毁事故，在钍基熔盐堆中几乎不可能发生。熔盐在高温下仍保持液态，即使发生冷却剂丧失事故，燃料也会自然排出并凝固，阻止核反应继续。

　　核废料问题得到缓解是另一重要优势。钍基熔盐堆产生的长寿命放射性废物比传统反应堆少两个数量级，其主要放射性废物的危害持续时间从数万年缩短到约300年。更值得关注的是，这种反应堆还能“焚烧”传统反应堆产生的钚等次锕系元素，实现核废料的资源化利用。

　　在资源利用方面，钍-232在反应堆中吸收中子后转换为铀-233，后者是优良的核燃料。这种“增殖”特性使钍的利用效率大大提高。此外，钍基熔盐堆运行温度高（700℃以上），不仅可以发电，还能为氢能制备、化工生产等提供高温热源，实现多联产。

　　钍基熔盐堆的特殊性能使其在多个应用场景中具有独特价值。在电网基荷电力供应方面，它可提供稳定、可调度的清洁电力，弥补风电、光伏发电的间歇性不足，提高电网接纳可再生能源的能力。

　　在缺水地区能源供应方面，钍基熔盐堆几乎不消耗水，适合在中国西北、北方等缺水但能源需求大的地区建设。这为西部大开发提供了新的能源解决方案。

　　对于工业领域脱碳，高温工艺热是钢铁、化工、制氢等行业难以电气化的环节。钍基熔盐堆提供的高温热源（700-1000℃）可直接用于这些过程，帮助高耗能行业实现深度脱碳。

　　在核能综合利用方面，除了发电和供热，钍基熔盐堆还能用于海水淡化、区域供暖、放射性同位素生产等，实现一堆多用，提高资源利用效率。

　　尽管钍基熔盐堆技术取得重要突破，但从实验堆到商业化推广仍面临挑战。当前运行的2兆瓦实验堆主要用于科学实验和工程技术验证，下一步是建设10万千瓦级的示范工程，验证其经济性和可靠性。

　　材料科学是关键技术瓶颈之一。熔盐在高温下对结构材料有强腐蚀性，需要研发能在700℃高温熔盐中长期稳定工作的新材料。中国科研团队已开发出专用合金，但大规模产业化应用仍需进一步验证。

　　燃料循环技术也需完善。钍燃料的制备、使用后处理、铀-233的分离提取等环节需要建立完整的技术体系。特别是如何处理含有裂变产物的熔盐，需要创新的分离技术。

　　经济性是商业化必须跨越的门槛。虽然钍资源成本低，但钍基熔盐堆的初始投资可能高于传统反应堆。需要通过标准化、规模化生产降低造价，同时提高运行效率和利用率来降低发电成本。

　　中国在钍基熔盐堆领域的进展不仅关乎自身能源安全，也为全球核能发展提供了新可能。国际原子能机构将钍基熔盐堆列为重点关注的先进反应堆类型，中国的研究成果为全球提供了宝贵经验。

　　中国团队积极开展国际合作，与美国、欧盟、俄罗斯等国家和地区的科研机构交流钍基熔盐堆技术。这种开放合作态度有助于加速技术进步，推动全球核能创新。

　　从更广视角看，钍基熔盐堆是中国应对气候变化的重要技术储备。它提供了一种几乎零碳排放的基荷电力选项，可与其他可再生能源形成互补，助力中国实现碳达峰、碳中和目标。

　　在甘肃武威的实验基地，科研人员日夜监测着反应堆的运行数据。屏幕上跳动的数字，不仅代表中国在先进核能技术上的突破，更预示着人类能源利用方式变革的可能。

　　中国科学院院士詹文龙指出：“钍基熔盐堆是面向未来的能源技术，它安全性高、资源丰富、环境友好，有望成为核能发展的重要方向。”随着技术不断成熟和成本下降，这项诞生于中国西北荒漠的创新，或许将在全球能源转型中扮演重要角色。

　　从跟跑、并跑到局部领跑，中国在钍基熔盐堆领域的探索，体现了科技创新“十年磨一剑” 的定力。在确保能源安全、推动绿色发展的道路上，这样的基础研究和工程实践，正为中国乃至世界的可持续发展注入新的动力。