2021年5月我国首个钍基熔盐核反应堆，在甘肃省武威市开始试运行，如果试验成功，将代表着我国首先掌握了第四代核能技术。这座新型核电装置正是，世界上第一座商业化运营的钍基熔盐堆，堪称“未来核电领头羊”！具有划时代的技术创新意义，它的建造也标志着，我国成为世界上第一个，对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家。

第四代核电站也就是钍基熔盐堆，它曾被美国嫌弃，但又被中国证明是一项可行的技术，让我们来看看为什么中国会大力研究开发钍基熔盐堆。

我们知道，核裂变反应就是原子核分裂时释放出巨大能量的过程，具体的反应原理是：铀、钍等放射性的重元素原子核，自身裂解成其他轻元素的原子核，同时释放出巨大的能量。目前比较成熟的核裂变反应堆基本都是以铀元素为燃料，大家都默认铀元素就是核燃料。但其实世界上还有另一种没有被使用的核燃料，它甚至比铀元素还要安全100倍 ，这种元素就是钍。

钍基熔盐堆的钍基是什么概念？顾名思义钍基熔盐堆是希望把“钍”用作核燃料，以实现钍资源的利用。在理论上一吨钍可以提供相当于200吨铀，或者350万吨煤所提供的能源。由此可见，钍的燃效是非常高的。

钍如果用作核燃料的话，具有增殖容易、废料少、防核扩散等一系列的优点。

我们国家铀矿资源比较稀缺，但有大量的稀土资源，稀土矿中富含大量的钍元素。目前我国已经探明的钍储量处于世界第二位，仅我国储量就能保证两万年发电供应，可见中国的钍资源是非常丰富的。因此用钍燃料的核反应堆发电研究，对我国具有极其重要的意义。

从2011年开始，中国就启动了“钍基熔盐堆先导技术研究”项目，以此为基础，逐步完善了这项技术的各个方面。

据悉，目前中国已经研发出了多种不同型号的钍基熔盐堆，其中包括TMSR-SF1、TMSR-SF2、TMSR-LF、TMSR-MS等。

这些型号的熔盐堆均经过了实验验证，证明了其在燃料利用率、放射性废物产生、安全性等方面都具有很高的水平。

那么为什么要选择“熔盐堆”呢？这就不得不说熔盐堆具有的诸多优点了。首先，它具有在线换料的特点，其核燃料可以反应堆远行中处理和添加。

核反应堆通常建在地上，但是熔盐堆具有本征安全性，可以建在地下，所以熔盐堆又被称作“可建造在地底下的反应堆”。正是因为这个特性，它可以有效避免恐怖袭击，包括飞机坠落，龙卷风等一系列的自然灾害对它造成的影响。

钍基熔盐核反应堆的工作原理是将钍等燃料进行裂变，然后将释放的热能传递给水蒸气发电。钍基熔盐核反应堆可以利用提炼过的含钍稀土废物为燃料，也被称为钍反应堆或钍循环反应堆。钍基熔盐核反应堆是一种新型的核能发电技术，与目前主流的压水反应堆不同，它采用了液态燃料和负温度系数的反应性特点，在反应堆发生燃料泄漏等故障时，泄漏的熔盐会迅速冷却凝固终止反应。钍比铀元素的辐射量更低，在自然界中的占比还比铀要高很多，而且钍的同位素使用率和能量转换效率都比铀更为优异。作为冷却剂的复合型氟化盐在冷却之后变成固态盐，基本不会泄露和污染环境。

所以钍基熔盐核反应堆具有更高的安全性、更高的热效率和更少的核废料等优点，具有非常广阔的发展前景。

此外，熔盐堆还具有无水冷却的特性，冷却剂氟化盐它不像铀和钚反应堆去消耗大量的水资源，在缺水的地方，也可以建造和运行，适应内陆缺水干旱地区。最后一点，熔盐堆是国际公认的钍资源利用最理想堆型，它可以实现钍铀循环，整个核废料的水平非常低。所以熔盐有另外一个称号“没有核废料的核反应堆”。

钍基熔盐核反应堆的工作原理如下：

1. 钍的获取与制备：钍主要以天然钍、氧化钍及钍铀矿中提取。获取到钍后，需要对其进行处理和加工，制成适合用作燃料的球形颗粒。

2. 燃料裂变：将加工后的钍颗粒投入燃料芯心，经过中子的轰击，钍会分裂成铀等元素，并释放出大量的热量。

3. 熔盐液：钍燃料在反应过程中需要嵌入到熔盐液中。熔盐液以氟化物的形式存在，通常是钾、镁和锂的氟化物混合物。

4. 熔盐回路：熔盐液被送入热交换器中加热，然后流经液体锂冷却器，回到熔盐反应器的上部。这个过程相当于创建了一个熔盐回路，使熔盐一直循环到燃料芯心中，并从中捕获热能。

5. 热交换器：热交换器是一个关键的组件，它用于将熔盐液的热能传递给水蒸气，然后利用水蒸气驱动涡轮机发电。

钍基熔盐核反应堆也面临着一些挑战和问题：

1. 高温材料技术难点：钍基熔盐核反应堆的工作温度非常高，氟盐的熔点是550℃，沸点是1400℃，堆中熔盐的工作温度是700℃。采用氟盐的原因是，它的“热容能力”比钠盐高5倍；它的热交换能力比通常的“压水堆”高出 25%。但是氟熔盐的腐蚀性强，循环管道必须有极好的防腐性能才行。容器和管道需要耐高温、抗腐蚀的材料来承受工作环境，这是一个巨大的技术挑战。

2. 燃料循环技术难点：钍基熔盐核反应堆使用的是钍燃料，需要开发出可靠的燃料循环技术，进行燃料的提取、加工和重新装填。

3. 安全性问题：虽然钍基熔盐核反应堆比传统的核反应堆更加安全，但是它仍然面临着核泄露、放射性污染等安全问题。如反应过程中产生的“中子毒物”氙135 排除问题，衰变产物碲会和反应堆钢结构发生化学反应等。这些都需要在设计和运行过程中充分考虑。

4. 经济可行性问题：钍基熔盐核反应堆目前的成本仍然较高，需要进一步降低建造和运营成本，提高经济可行性。

以上是钍基熔盐核反应堆存在的一些问题。其中一个重要问题是熔盐液的腐蚀性。由于熔盐液中存在氟离子，因此需要使用高温、耐腐蚀的材料来制造反应堆。另一个问题是反应堆的长期稳定性。目前，钍基熔盐核反应堆的使用寿命还是比较短，需要大量的额外研究和改进才能使其稳定运行。

钍基熔盐核反应堆的发展现状正在加速。它被认为是一种更安全、更高效的核能源方案，因为它使用的燃料是稀土提炼后的废物，同时也没有铀等可用燃料那样的核扩散问题。近年来，许多国家已经开始研究和开发钍基熔盐核反应堆，包括中国、印度、美国等。

尽管存在一些问题，钍基熔盐核反应堆在未来可能成为一种更安全、更清洁的能源方案，获得越来越多的关注和重视。虽然还存在一些问题和挑战，但是作为一种低碳、高效、安全的新型核能技术，钍基熔盐核反应堆具有重要的意义，能够为未来的清洁能源开发做出重要的贡献。