記者從中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所（簡(jiǎn)稱“上海應(yīng)物所”）獲悉，位于甘肅省武威市民勤縣的2兆瓦液態(tài)燃料釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆（簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)堆”）已成功實(shí)現(xiàn)國(guó)際首次釷鈾核燃料轉(zhuǎn)換。該實(shí)驗(yàn)堆成為目前國(guó)際上唯一運(yùn)行且實(shí)現(xiàn)釷燃料入堆的熔鹽堆，為我國(guó)未來(lái)規(guī)模化開發(fā)利用釷資源、發(fā)展第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)提供核心技術(shù)支撐與可行方案。

釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆堆廠房大廳。中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所供圖

釷基熔鹽堆具有無(wú)水冷卻、常壓工作等優(yōu)點(diǎn)

能源安全是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題。隨著電力需求快速增長(zhǎng)引發(fā)能源供給缺口，核能已成為破解能源困境的重要新能源選項(xiàng)。

目前可作為反應(yīng)堆核燃料的易裂變同位素有鈾-235，钚-239和鈾-233三種。其中，鈾-235是唯一天然易裂變核素，但其在天然鈾中含量?jī)H約0.7%。如果僅依賴鈾-235作為核燃料，天然鈾將很快面臨枯竭。為此，科研人員通過(guò)核反應(yīng)堆將天然鈾中占比99%以上的鈾-238、以及儲(chǔ)量更為豐富的釷-232轉(zhuǎn)換為人工易裂變核素钚-239和鈾-233，從而極大擴(kuò)展易裂變核燃料的數(shù)量。

釷資源在地殼表層分布廣泛，探明儲(chǔ)量約為鈾資源的3至4倍。我國(guó)釷資源尤為豐富，已探明工業(yè)儲(chǔ)量達(dá)28萬(wàn)噸，僅次于印度，位居世界第二。釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）正是以釷作為核燃料、以液態(tài)熔鹽為冷卻劑的先進(jìn)核能裝置。作為第四代先進(jìn)裂變核能堆型之一，熔鹽堆具有固有安全、無(wú)水冷卻、常壓工作、高溫輸出等顯著優(yōu)勢(shì)，是國(guó)際公認(rèn)適配釷資源核能利用的最優(yōu)堆型。

傳統(tǒng)固態(tài)燃料反應(yīng)堆存在堆芯熔毀從而造成放射性泄露風(fēng)險(xiǎn)——烏克蘭切爾諾貝利、日本福島等核事故均因堆芯熔毀導(dǎo)致核燃料坍塌至臨界質(zhì)量而引發(fā)泄漏。與之不同，釷基熔鹽堆是國(guó)際第四代反應(yīng)堆核能系統(tǒng)研究的六種候選堆型中唯一的液態(tài)燃料堆：以熔融狀態(tài)的熔鹽承載核燃料進(jìn)行“燃燒”并持續(xù)輸出能量；且經(jīng)過(guò)充分燃燒后，理論上產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命次錒系核廢料僅為現(xiàn)有技術(shù)的千分之一。

熔鹽堆還具有諸多安全特性。當(dāng)熔鹽堆內(nèi)熔鹽溫度超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，底部冷凍塞會(huì)自動(dòng)熔化，攜帶核燃料的熔鹽將全部流入熔鹽儲(chǔ)存罐，使核反應(yīng)終止。同時(shí)，反應(yīng)堆在常壓環(huán)境下運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單安全。氟化鹽冷卻劑降溫后呈固態(tài)，既有效避免核燃料泄露擴(kuò)散，又可防止其與地下水作用造成生態(tài)災(zāi)害。

釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆堆本體吊裝。中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所供圖

在防核擴(kuò)散治理層面，釷基燃料還可避免核武器擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)鈾反應(yīng)堆產(chǎn)生的核廢料中含有大量易于生產(chǎn)核武器的核燃料钚-239，存在核擴(kuò)散隱患；而釷-鈾燃料循環(huán)體系生產(chǎn)的核燃料容易被探測(cè)和監(jiān)管，避免了不正當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)移，從源頭筑牢核安全防線。

釷基熔鹽堆關(guān)鍵核心設(shè)備100%國(guó)產(chǎn)化

2011年，中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)首批戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”，由上海應(yīng)物所牽頭實(shí)施。專項(xiàng)推進(jìn)期間，近百家國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)、高等院校和產(chǎn)業(yè)集團(tuán)組建攻關(guān)聯(lián)合體，系統(tǒng)性突破實(shí)驗(yàn)堆設(shè)計(jì)、關(guān)鍵材料與設(shè)備研制、安裝與調(diào)試及堆安全等一系列技術(shù)難題。最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)堆整體國(guó)產(chǎn)化率超90%，關(guān)鍵核心設(shè)備100%國(guó)產(chǎn)化，構(gòu)建起自主可控的供應(yīng)鏈體系。

從工程落地到穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)：2017年11月，實(shí)驗(yàn)堆選址落地武威市民勤縣；2022年5月完成全部設(shè)備安裝；2023年6月獲國(guó)家核安全局頒發(fā)的運(yùn)行許可證。一年后（2024年），實(shí)驗(yàn)堆成功實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行，堆出口溫度達(dá)到650℃，為后續(xù)釷燃料入堆實(shí)驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

預(yù)計(jì)十年后建成百兆瓦級(jí)釷基熔鹽堆示范工程

2024年10月，實(shí)驗(yàn)堆完成世界上首次熔鹽堆加釷操作，標(biāo)志著堆內(nèi)已成功建立釷-232至鈾-233的核素轉(zhuǎn)換鏈條，初步驗(yàn)證了熔鹽堆利用釷燃料的技術(shù)可行性，為釷資源規(guī)?；_發(fā)利用奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。目前，科研團(tuán)隊(duì)正圍繞加釷后的核心科學(xué)問題開展系統(tǒng)性研究。

作為TMSR“實(shí)驗(yàn)堆、研究堆、示范堆”三步走戰(zhàn)略的首個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)堆的突破具有里程碑意義。下一步，上海應(yīng)物所將與國(guó)家電力投資集團(tuán)等企業(yè)深度合作，共建釷基熔鹽堆產(chǎn)業(yè)鏈與供應(yīng)鏈，以2035年建成百兆瓦級(jí)釷基熔鹽堆示范工程并實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用為目標(biāo)，為國(guó)家提供安全可靠的釷基能源發(fā)電新路徑。

新京報(bào)記者 張璐

編輯 張樹婧 校對(duì) 付春愔