更新时间：2024-09-20 21:33
基熔盐堆核能系统（钍 Molten Salt Reactor Nuclear 能量 System，TMSR，TMSR），是6种第四代先进核能系统的候选堆型之一，包括钍基核燃料、熔盐堆、核能综合利用3个子系统，具有高固有安全性、核废料少、防扩散性能和经济性更好等特点。
熔盐堆研发始于20世纪40年代末的美国，橡树岭国家实验室于1965年建成液态燃料熔盐实验堆（MSRE）。20世纪70代初，中国也曾选择钍基熔盐堆作为发展民用核能的起步点。自此，世界范围内熔盐堆研发的国家行为几乎停止。21世纪初，能源危机、环境挑战、核武技术扩散等问题，使钍基核能与熔盐堆的研发在世界范围内获得新生。中国于2011年重启钍基熔盐堆研究。
熔盐堆使用高温熔盐作为冷却剂，具有高温、低压、高化学稳定性、高热容等热物特性，无需使用沉重而昂贵的压力容器，适合建成紧凑、轻量化和低成本的小型模块化反应堆。此外熔盐堆采用无水冷却技术，只需少量的水即可运行，可在干旱地区实现高效发电。熔盐堆输出的高温核热可用于发电，也可用于工业热应用、高温制氢以及氢吸收二氧化碳制甲醇等。
熔盐堆研发始于20世纪40年代末的美国，橡树岭国家实验室于1965年建成液态燃料熔盐实验堆（MSRE），这是迄今世界上唯一建成并运行的液态燃料反应堆，也是唯一成功实现钍基核燃料（-233）运行的反应堆。但由于“冷战”的考虑，侧重民用的熔盐堆计划下马，美国熔盐堆研发中止。
20世纪70代初，中国也曾选择钍基熔盐堆作为发展民用核能的起步点，上海“728工程”于1971年建成了零功率冷态熔盐堆并达到临界。但限于当时的科技、工业和经济水平，“728工程”转为建设轻水反应堆。自此，世界范围内熔盐堆研发的国家行为几乎停止。
21世纪初，能源危机、环境挑战、核武技术扩散等问题，使钍基核能与熔盐堆的研发在世界范围内获得新生。熔盐堆被“第四代核反应堆国际论坛”选为6个候选堆型之一，相关研究在国际上呈现急剧上升趋势。近期，美国能源部制定了新的核能发展战略，重新定义四代堆为“非水堆”（不用水冷却的反应堆），计划2030年至少有一种四代堆达到技术成熟并开始应用；同时改革传统反应堆研发方式，鼓励企业参与先进堆的研发，已有近10家美国企业选择小型模块熔盐堆作为研发对象。
2011年，中科院围绕国家能源安全与可持续发展需求，部署启动了首批中科院战略性先导科技专项（A类）“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统（TMSR）”，计划用20年左右的时间，在国际上首先实现钍基熔盐堆的应用，同时建立钍基熔盐堆产业链和相应的科技队伍。专项依托中科院上海应用物理所，中国科学院上海有机化学研究所、上海高研院、长春应化所、金属所等10家院内外科研单位参与。同年1月，中科院在上海中国科学院上海应用物理研究所（SINAP）正式启动了钍基熔盐堆（TMSR）专项。
2017年4月，甘肃省武威市与中科院签订了在武威市民勤县红砂岗建设钍基熔盐堆核能系统（TMSR）项目的战略合作框架协议，该项目分两期建设，总投资220亿元。同年11月7日，中国科学院党组副书记、副院长刘伟平，副院长、党组成员相里斌，上海科技大学校长、钍基熔盐堆核能系统（TMSR）战略性先导科技专项首席科学家江绵恒一行赴甘肃调研考察，与甘肃省人民政府签署TMSR项目战略合作框架协议。
钍基熔盐堆核能系统的主冷却剂是一种熔融态混合盐，可在高温下工作以获得更高的热效率，还可保持低蒸汽压从而降低机械应力。核燃料既可以是固体燃料棒，也可以熔于主冷却剂中，从而无需制造燃料棒，简化反应堆结构，使燃耗均匀化，并易于实现在线燃料后处理。液态燃料TMSR的基本结构及功能划分主要包括堆本体、回路系统、冷却器、燃料盐后处理系统、发电系统及其他辅助设备等。堆本体主要由堆芯活性区、反射层、熔盐腔室/熔盐通道、熔盐导流层、哈氏合金包壳等组成，反应性控制系统、堆内相关测量系统、堆芯冷却剂流道等布置在堆本体相应的结构件中，其主要功能是容纳堆芯中的石墨熔盐组件、堆内构件及相关的操作与控制设施。回路系统由一回路带出堆芯热能，二回路将一回路熔盐热量传递给第三个氦气回路推动氦气轮机做功发电。燃料盐后处理系统包括热室及其工艺研究设备、涉Be尾气处理系统、放射性废物处理系统及其他辅助系统，主要功能是对辐照后的液态燃料盐进行在线后处理，回收并循环利用燃料和载体盐。
钍基核燃料储量丰富、防扩散性能好、产生核废料更少，是解决长期能源供应的一种技术方案。熔盐堆使用高温熔盐作为冷却剂，具有高温、低压、高化学稳定性、高热容等热物特性，无需使用沉重而昂贵的压力容器，适合建成紧凑、轻量化和低成本的小型模块化反应堆；熔盐堆采用无水冷却技术，只需少量的水即可运行，可在干旱地区实现高效发电。
钍基核燃料具有良好的经济性、安全性、可持续性和防核扩散性，其商业化在当前技术基础条件下也具有极高的可行性，但是针对堆运行温度高、熔盐腐蚀性强和后处理技术不成熟的特点，还需要开展很多基础性工作和克服存在的技术难点，包括：燃料盐的流动特性使得熔盐堆技术成为完全不同于其他固体燃料反应堆的一种全新核反应堆技术，尚无成熟的反应堆设计和安全分析方法以及安全评估规范可供借鉴；燃料盐连续在线后处理技术的可行性需要进行进一步的实验验证；熔盐堆中流体燃料直接接触石墨，因此熔盐堆对于核纯级石墨密封工艺和制造工艺要求较高；燃料盐直接接触管壁，管壁受到的中子通量较高，因此制作管壁的材料需要有较高的耐中子辐照性能；系和锕系金属的溶解性、辐照后熔盐与结构材料和石墨的兼容性以及金属偏聚和控制等问题。
1.高纯度氟盐制备与检测技术
掌握氟化物熔盐冷却剂和燃料盐的制备净化技术，自主研制了高纯化熔盐制备净化装置，制备成功核纯FLiBe熔盐、高纯FLiNaK熔盐等，具备了年产吨级氟盐的生产能力。解决了高温熔盐关键参数测试难题，建成系统完善的熔盐物性与结构研究平台。
建成氟化物熔盐腐蚀评价平台，系统开展了氟化物熔盐腐蚀机制、堆用合金材料腐蚀评价与防护技术研究。通过熔盐纯化、合金成分优化及表面处理等技术，解决了氟盐冷却剂腐蚀控制难题。
掌握了高温镍基合金批量生产制造、加工与焊接工艺，实现耐腐蚀镍基合金国产化(国内编号GH3535)，常规性能评估显示与进口合金相当。突破高硬度合金加工与热处理工艺中的技术瓶颈，实现宽厚板材、大口径管材、大型环轧件的工业试制。
研发成功首款熔盐堆专用的细颗粒核石墨NG-CT-50，掌握了工业化生产技术，常规性能评估显示其满足熔盐堆需求，防熔盐浸渗性能优于进口核石墨。建立了国产核石墨常规性能数据库，直接推动了熔盐堆专用核石墨国际规范的建立。
发展了绿色环保的溶剂萃取离心分离锂同位素技术，替代传统汞齐法，革除汞污染;完成实验室规模串级实验，获得满足熔盐堆需求的99.99%以上丰度的锂7.开发了溶剂萃取制备核纯钍工艺，突破溶剂萃取分离痕量杂质的极限，实现99.999%纯度和连续批量制备。
发展氟化挥发、减压蒸馏和氟盐电化学等干法分离技术，建立了温度梯度驱动的蒸馏技术，提高了熔盐的回收率和回收品质，降低了粉尘排放;建立了阶跃式脉冲电流电解技术，在FLiBe-UF4熔盐体系电解得到金属铀的分离率超过90%。
掌握了熔盐中高效脱气的鼓泡脱氚技术，用于多气环境下氚分离的低温分离技术，高效采集大气中多种形态氚的收集技术，实现多气并存气氛中HTO、HT和Kr、Xe同时在线监测技术。
熔盐堆的卓越性能主要源于其复合熔盐冷却剂具有高沸点等物理化学特性，同时熔盐还可应用于太阳能集热、大规模热能存储和高功率电池等领域。熔盐的广泛应用有望为能源领域带来革命性变革。
熔盐利用的核心技术涵盖熔盐的制备与纯化、结构材料的制备加工、腐蚀控制、熔盐回路的关键仪器设备设计与制造等方面。相关技术还包括环境友好型轻同位素分离、基于复合氟化盐热扩散的材料表面改性、高温熔盐回路的先进测量与控制、熔盐堆堆芯设备的设计制造、先进热能转换与利用、高温电解制氢、熔盐堆乏燃料的干法分离与处理、核纯钍制备、熔盐堆燃料制备、以及环境中微量放射性气体检测与控制等多个领域。这些产业在中国几乎处于空白状态，TMSR先导智能专项将为钍基熔盐堆的全产业链提供科技基础。TMSR团队已经开始与政府、资本和市场等社会因素合作，将先导专项中获得的实验室技术转化为产业化，推动TMSR全产业链的发展。
熔盐堆输出的700℃以上高温核热可用于发电，也可用于工业热应用、高温制氢以及氢吸收二氧化碳制甲醇等，可以有力缓解碳排放和环境污染问题。
未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统(TMSR).钍基熔盐堆核能系统.2024-02-19
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钍基熔盐堆核能系统.中国科学院院刊.2024-02-19
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