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10月24日在甘肃省民勤县拍摄的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆厂房（无人机照片）。 新华社发 |
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钍基熔盐实验堆堆本体吊装。 图片来源：中国科学院上海应用物理研究所官网 |
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2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆模型。 解放日报黄海华 摄 |
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10月24日，在中国科学院上海应用物理研究所武威园区，科研人员在实验堆加料—取样接口区，从堆内取出燃料盐样品。 新华社发 |
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制图 陈昌 |
茫茫戈壁滩上，一座全新实验堆的建成，使核燃料实现了从“铀”到“钍”的多元化选择。
记者从中国科学院获悉，由中国科学院上海应用物理研究所（以下简称上海应物所）牵头建成的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆近日首次实现钍铀核燃料转换，在国际上首次获取钍入熔盐堆运行后实验数据，成为目前全球唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆，初步证明了熔盐堆核能系统利用钍资源的技术可行性。
“这意味着核能发电不仅可以烧铀，烧钍也是可行的。”主导实验堆建设的上海应物所所长戴志敏难掩激动：整整16年，团队从零开始，从上海到荒漠，在一无所有的戈壁滩上为我国掌握第四代先进核能技术，探索开拓出一条可行之路。
中国正引领全球熔盐堆研究，《麻省理工科技评论》发出惊叹：“半个世纪前源自橡树岭的美国科学家们的梦想，正在几千英里外的中国实现。”
■ 世界首个一体化堆本体
甘肃武威，古诗词里的凉州。地处腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠之间的红砂岗镇，面积比上海小500平方公里，人口仅千余。
目前的商用反应堆一般建在海边，这是因为其需要大量的水来冷却。作为国际上正在发展的第四代先进核能系统，熔盐堆主要用熔盐冷却，这一特性使它可以建在沙漠戈壁里。
熔盐堆究竟长什么样？
记者步入反应堆大厅，只见工作人员正忙着从熔盐堆取样。“我们在对熔盐堆进行‘体检’，以评估它的运行状态。”上海应物所党委书记、副所长李晴暖告诉记者。
熔盐堆就在大厅灰色地板下14米深处，离线总装好的堆本体在3年前从21米高的大厅顶端吊下来一次性落位，创造了国际上首次整体吊装堆本体的纪录。这得益于世界首个一体化堆本体的创新设计，通过公路运输、现场直接安装，也大大降低了成本和工期。
不同于大多数核反应堆须在高压下工作，熔盐堆在常压下运行，具有突出的安全特性。万一发生问题，地底下带有核燃料的熔盐会自动流到应急罐中，核反应会立即终止，无需外部干预。熔盐堆冷却后就是个难以溶解的大盐块，不会扩散，更不会对生物圈造成影响。
钍是一种放射性较弱的银色金属，天然存在于岩石中。钍基熔盐堆，是以钍为燃料，以高温熔盐作为冷却剂的第四代先进核能系统，具有无水冷却、常压工作和高温输出等优点。
“这一炉燃料可以烧10年，只需根据实验情况添加少量铀或钍。补充燃料时，常规的水堆要把‘盖子’全部揭开，而熔盐堆只需把燃料制成‘胶囊’，再将其置于熔盐液面之下，处理方法简单。”李晴暖说。
■ 关键核心设备100%国产化
大规模发展核能是全球趋势，核聚变尚处于研究实验阶段，核裂变早已实现商业化成熟应用，但解决核燃料供应问题迫在眉睫。
大自然中仅有铀-235可直接用来做核燃料，但其在铀中的占比只有0.7%。全球已探明可开采的铀总量为790万吨，如果仅利用铀-235，只能供给不到100年。我国的铀资源匮乏，进口依赖度超过70%。
能否换一个思路？诺贝尔物理学奖得主卡罗·卢比亚曾说，钍资源可以保证中国2万年的电力需求。我国的钍资源储量居世界前列，钍-232吸收中子后经过两次β衰变生成铀-233，核裂变释放出大量能量，并产生新的中子，构成一个可持续的“钍—铀燃料循环”。这种循环的最大优势在于，能让我国储量丰富但“不活跃”的钍，高效转化为可用的核燃料，且产生的核废料更少。熔盐堆输出温度为650℃—700℃，热电转换效率高达40%—60%。
我国铀资源稀缺，钍却很多，如果反应堆以钍为燃料，我国将拥有“千年不愁”的用电底气，实现能源独立。
这一技术不仅可以发电，更有望与太阳能、风能、高温熔盐储能、高温制氢、煤气油化工等产业深度融合，构建多能互补低碳复合能源系统。
因此，钍基熔盐堆成为具有中国特色的选择。目前，熔盐堆整体国产化率超过90%，关键核心设备100%国产化，供应链自主可控，已基本形成钍基熔盐堆技术产业链的雏形。
■ 2035年建成百兆瓦级示范工程
上海应物所介绍，2017年11月，钍基熔盐实验堆选址落地甘肃省武威市民勤县；2018年11月，项目取得国家核安全局场址选择审查意见书；2020年1月，取得建造许可证后开工建设，同年3月浇灌第一罐混凝土；2022年5月完成设备安装、9月完成装料前调试；2023年6月，取得国家核安全局颁发的运行许可证，同年10月实现首次临界。
2024年6月，首次实现满功率运行，实验堆出口温度650℃；2024年9月，取得实验堆加钍实验特许，成为全球首个实验堆加钍实验特许；2024年10月，完成世界上首次熔盐堆加钍，在国际上率先建成独具特色的熔盐堆和钍铀燃料循环研究平台。
目前，项目团队正围绕加钍后的关键科学问题开展系统研究。他们表示，钍基熔盐实验堆的建成并首次实现钍铀核燃料转换，为其实验堆、研究堆、示范堆“三步走”发展战略从蓝图转化为路径清晰的“施工图”奠定了坚实的基础，也为中国率先实现钍基熔盐堆的工业应用提供核心科学技术支撑。
上海应物所透露，下一步将通过与中国能源领域领军企业深度合作，共建钍基熔盐堆产业链和供应链，目标是2035年建成百兆瓦级钍基熔盐堆示范工程并实现示范应用，并加速技术迭代与工程转化，为国家提供安全可靠的钍基能源发电新路径。
综合新华社、央视、《解放日报》、《文汇报》等报道