11月1日，中国科学院发布消息称，由我国自主设计、研发和建设的第四代先进裂变核能系统——钍基熔盐实验堆，近期在甘肃武威建成，并首次实现堆内钍铀转化。这一核能系统的建成，有望打破我国核电领域对铀燃料的长期依赖，以我国储量相对丰富的钍元素作为核燃料，为保障国家能源安全与可持续发展提供了重要支撑。

钍基核能的“前世今生”

10月的河西走廊，在甘肃武威市的戈壁滩上，2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆的控制室内，仪表盘上的曲线正以稳定的频率跳动，当监测系统上弹出“铀-233特征峰值稳定出现”的红色提示框时，现场爆发出压抑了好久的欢呼声。中国科学院上海应用物理研究所（以下简称“上海应物所”）的工程师们击掌相庆，瞳孔映出屏幕上闪烁的数据。这是时隔60年，人类再次实现钍元素向核燃料的有效转换，而这一次，主导者是中国。

“钍转换成铀，这是世界上第一次在熔盐堆里面加钍，初步地证明了钍资源利用的可行性。这也是世界上独一无二的钍铀循环研究平台，为未来示范堆建设奠定了坚实基础。”11月1日，中国科学院于实验堆现场召开新闻发布会，在媒体的镜头前，上海应物所所长、钍基熔盐堆专项负责人戴志敏说。

“至于熔盐堆是怎么运行的？我们叫钍铀循环，是非常专业的一个术语。其实我们整个熔盐堆也好、核裂变也好，关键是个中子。钍元素吸收一个中子以后，它会变成元素铀-233。铀-233才是裂变产生热量的核燃料，它裂变过程中又产生一个中子，中子又去轰击钍元素，又变成铀-233，形成这样的钍铀循环，释放能量。”上海应物所党委书记、副所长李晴暖介绍说。

据专家透露，这座实验堆是我国自主研发、设计和建设的第四代先进裂变核能系统，也是目前国际上唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆。

熔盐堆，以熔盐为冷却剂，是第四代裂变核反应堆型之一，具有本征安全、无水冷却、常压工作、高温输出、核废料少等诸多优点，是国际上公认的可以实现钍燃料工业化利用的理想堆型。这座矗立在戈壁滩上的实验堆，外壳覆盖着银灰色的耐候钢板，与周围的黄褐色沙丘形成强烈视觉对比。据介绍，堆芯下方深处的特制合金容器中装载着高温液态氟化盐，其中溶解的钍-232正在经历原子蜕变。钍基熔盐堆的燃料盐，由白色氟化钍、绿色氟化铀和基盐混合而成。用10年时间历经上千次调配，科研团队才确定了相关工艺参数。

人类对钍基熔盐堆的研究始于冷战阴云下的20世纪50年代。到1965年，美国橡树岭国家实验室建成全球首个液态燃料熔盐实验堆，成功验证了钍铀转换的基本原理，但这一进程在1976年戛然而止。之所以会出现这种情况，公开史料显示，一是钍难以用于核武器制造，在冷战军备竞赛中价值有限；二是当时材料科学水平无法解决高温熔盐对容器的腐蚀难题，橡树岭实验堆的管道仅运行两年就出现严重泄漏。

据了解，我国的钍基核能研究几乎与美国同步。20世纪70年代初，上海“728工程”曾建成零功率冷态熔盐堆并达到临界状态，但受限于国家发展阶段，相关研究转而聚焦轻水堆技术。这一“搁置”直到2011年日本福岛核事故之后才出现转机。

福岛核事故让全球重新审视核电安全问题。2011年，面向国家能源安全与可持续发展的战略需求，中国科学院启动战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”，依托中国科学院体系化、建制化优势，成功组建并培育出国际一流的钍基熔盐堆专业研发团队，当时便明确三大目标：破解安全瓶颈、摆脱铀资源依赖、构建自主产业链。

经过近15年攻坚克难，研发团队从组建队伍、搭建能力平台，到研发新材料、突破新技术，在钍基熔盐堆领域攻克一系列关键核心技术，为我国先进核能产业链布局筑牢科学技术根基。2023年10月11日，2兆瓦热液态燃料钍基熔盐实验堆首次实现临界反应；2024年6月17日首次达到满功率运行；2024年10月，顺利完成世界上首次熔盐堆加钍实验，成为目前全球唯一运行的钍基熔盐堆综合实验平台。

据悉，我国进口铀资源依赖度超70%，而全国每年通过稀土冶炼产生的数千吨钍副产品，长期被当作废料处置。这种资源禀赋的强烈反差，成为推动钍基熔盐堆技术突破的原始动力。

“我国是钍和稀土在一起，稀土很多，意味着钍特别多，研究钍基熔盐堆非常适合我国国情。”戴志敏表示，“如果我国全部电力用钍资源供应的话，可以用上上千年，能够完全确保能源安全，确保我国能源独立。”

破解多项“卡脖子”技术难题

从2011年专项启动到2025年实验成功，14年间近百家科研单位组成的攻关团队，啃下了多个领域的“硬骨头”。在上海应物所的材料实验室里，一块表面泛着暗金色的合金板材被置于展台中央，旁边的电子屏循环播放着腐蚀试验数据。

应对熔盐的腐蚀性是世界性难题。

为攻克这一难关，团队联合中国科学院金属研究所、宝钢股份等单位，开展了近万次材料筛选与腐蚀试验。他们尝试在镍基合金中加入钨、铌等元素，调整晶体结构，最终研发出Hastelloy-N改进型合金。观察发现，这种合金在700摄氏度熔盐中会形成致密的氧化膜，将年腐蚀量控制在极小程度。

“根据最新报道，国际上熔盐对材料的年腐蚀量约为20微米，我们通过自主研发的镍基合金，把这个数值控制到了2微米。”戴志敏补充道，他们还成功解决了熔盐净化问题，将氧含量和杂质控制在极低水平。

2023年，该合金通过了1000小时高温熔盐浸泡测试，各项性能指标均满足设计要求，目前已实现规模化生产，每吨造价较进口材料降低30%。

比材料更具挑战性的是燃料在线处理系统。

在整个系统中，一套由数百根精密管道组成的装置格外引人注目——这就是全球首个实现工程应用的熔盐堆燃料在线处理系统。传统核电站换料必须停机，每次换料要耗费数周时间，严重影响发电效率。这套系统的液态燃料能在运行中完成“新陈代谢”：气态裂变产物通过氦气载带随时分离，固态裂变产物则通过过滤装置不停堆引出，实现连续运行。

据了解，该套系统的研发历时8年，团队攻克了高温熔盐输送、在线分析、产物分离等一系列技术瓶颈。其中最难的是设计离心分离机的转速，既要保证分离效率，又要承受700摄氏度的高温。团队曾在半年内连续报废12台样机，最终通过数值模拟优化结构，将转速稳定在1.5万转/分钟，分离效率达到99.9%。

2024年10月，该系统成功在实验堆中实现连续运行，使反应堆的年运行时间提升至350天以上，远超传统核电站300天的平均水平。

核心设备的国产化历程同样充满艰辛。

实验堆的主循环泵旁，项目工程师正带领团队进行例行检查。这台高3.2米、重15吨的设备，是反应堆的“心脏”，负责将高温熔盐在堆芯与换热器之间循环输送。据介绍，主泵研发异常艰难，2020年项目刚启动时，国内还没有任何企业能生产符合要求的高温熔盐泵。

项目团队联合沈鼓集团成立专项攻关组，从材料选型到结构设计，逐一突破技术难关。仅轴承设计就改了23版，最终采用碳化硅陶瓷替代传统金属轴承，成功解决了高温润滑问题。

截至2025年10月，实验堆的主容器、换热器、控制棒驱动机构等28项核心设备均实现100%国产化，整体国产化率超过90%。“这意味着我们彻底摆脱了对国外技术的依赖，建立了自主可控的产业链。”戴志敏在新闻发布会上强调。

2024年10月，实验堆完成世界首次熔盐堆加钍；2025年10月，首次实现钍—铀转换。这一系列突破背后，是近千项专利技术的支撑。戴志敏强调：“我们用14年走完了从理论到实验的全过程，现在手里的每一项数据都经过了反复验证。”

在实验堆的安全展示区，一个透明的模拟装置正进行动态演示：当加热到设定温度时，装置底部的“冷冻阀”会自动熔化，熔盐迅速流入地下安全罐，反应随即停止。

据介绍，这就是该系统非能动安全设计的精髓，不需要外部动力，完全依靠物理规律实现安全保护。传统压水堆运行压力高达15兆帕，相当于150个标准大气压；而该反应堆是常压运行，压力与大气压基本持平，温度过高会自动“熄火”，从物理原理上杜绝了堆芯熔毁风险，从根本上降低了爆炸风险。

更关键的是，实验堆采用了“一体式”堆本体设计。“把换热器放在堆本体里面，燃料盐是不出堆本体的，不会跑到外面来，堆容器外面还有一个安全容器，所以有几层保护，确保放射性物质不会泄漏。”戴志敏强调说，将堆芯、换热器、主循环泵等核心设备集成在一个不锈钢容器内，燃料盐始终在密闭系统中循环，不与外界接触。即使发生极端事故，放射性物质也会被牢牢锁在多重防护屏障内。项目团队还通过模拟地震、洪水、丧失冷却等12种极端场景，验证了反应堆的安全性，结果显示，放射性物质释放量仅为福岛核事故的万分之一。

2024年，国际原子能机构发布的《先进核反应堆发展报告》中，多次呼吁加快钍基熔盐堆技术的研发和应用。

从发电到多领域的多元价值

传统核电站因需要大量冷却水，必须建在沿海或江河湖泊附近，这极大限制了传统核电的布局范围。而钍基熔盐堆的无水冷却技术，彻底打破了这一地理束缚。

站在实验堆顶层平台远眺，远处的风电塔阵与光伏电站在戈壁上绵延数千米。

“它不需要用大量的水，这样它就可以建在广大的干旱地区，与风电、光伏结合，也是一个‘双碳’问题的解决方案。”面对记者采访，戴志敏不无自豪地表示。

“我们采用氦气作为冷却剂，通过气冷换热实现热量传递，每年仅需几十吨水用于设备冷却，是传统核电站的千分之一。”现场工作人员介绍，“这就是当初选择建在甘肃民勤红沙岗的原因——这里年降水量不足200毫米，但风能、太阳能资源丰富，正好可以与钍基熔盐堆形成多能互补系统，让干旱地区也能发展清洁核电。”

“风能跟光能是看天吃饭的，熔盐堆这样的堆型到内陆地区去，可以起到平衡稳定电网的作用。”李晴暖补充介绍，“所以当初我们选择建在甘肃武威，打造一个多能源互补的系统。”

据报道，该实验堆已与周边50千米范围内的2座风电场、3座光伏电站实现联网调试。“风能和太阳能受天气影响大，出力波动明显，而熔盐堆可以快速调整功率，起到‘稳定器’的作用。”国网甘肃电力公司调度中心负责人介绍，当光伏出力不足时，堆体可在10分钟内将功率从50%提升至100%，有效平抑电网波动。

这种多能互补模式，为干旱地区的能源转型提供了新思路。专家介绍，未来可以在西北、华北等缺水但新能源资源丰富的地区，大规模建设钍基熔盐堆电站，构建“风光核储”一体化能源基地。

在实验堆附属的高温制氢车间，管道中流动的高温氦气正将水分解为氢气，仪表盘显示当时温度稳定在700摄氏度。“钍基熔盐堆的优势不仅在于发电，更在于其高温特性可以实现多元化应用。”戴志敏用测温仪展示着管道温度，“700摄氏度的高温氦气，既能驱动汽轮机发电，又能直接用于制氢、制氨、煤化工等领域，大幅提升能源利用效率。”

车间内，一瓶液态氢样品被置于展示柜中，瓶身标注着“绿氢纯度99.999%”。“用核电制氢，没有碳排放，是真正的‘绿色氢’。”上海应物所氢能研究室工作人员介绍，目前该制氢系统的效率达到45%，远超传统电解水制氢30%的效率，每立方米氢气的生产成本可控制在15元以内，具备商业化潜力。

此外，该项目团队还在探索熔盐堆在高温供暖、海水淡化等领域的应用。“在北方地区，冬季供暖能耗巨大，如果用熔盐堆提供高温蒸汽，既能满足供暖需求，又能减少燃煤消耗，改善空气质量。”戴志敏透露，目前他们已与内蒙古、黑龙江等地政府洽谈合作，计划开展熔盐堆供暖示范项目。

商业化前夜要过三道坎

尽管技术突破足够令人振奋，但从实验堆到商业电站，仍需跨越成本、人才、公众认知三道难关。戴志敏坦承：“目前实验堆的单位造价确实高于传统核电，主要因为关键材料和设备尚未规模化生产。”他话锋一转，“但随着示范堆建设带来的批量效应，成本有望逐步下降，预计到2035年可与先进压水堆持平。”

人才缺口同样不容忽视。在实验堆研发中心走廊的墙上，联合培养公示栏显示着12所合作高校的名单。上海应物所人事处处长在接受采访时介绍：“我们已与清华大学、上海交通大学等共建联合实验室，每年培养专业人才超300人，还设立了专项奖学金吸引青年人才投身熔盐堆研究。”

公众认知则是最微妙的挑战。尽管安全性大幅提升，但“核”字仍让部分公众心存疑虑。在武威实验堆周边的村庄，项目组建立了科普展厅，定期组织村民参观。62岁的村民王生财在展厅里抚摸着反应堆模型，接受当地媒体采访时说：“刚开始听说建核电站，晚上都睡不好觉。后来跟着参观了3次，看到这东西是常压运行，还有好几层保护，现在彻底放心了，听说以后还能在电站打工。”

夕阳为戈壁镀上金色余晖，远处的风电塔阵与近处的反应堆厂房构成独特的能源图景。这场始于14年前的技术攻坚，不仅破解了中国的能源困局，更开启了人类利用核能的新赛道。