高效清潔的核能讓人又愛又怕，世界各國的核科學家們正專注于研制更安全高效的第四代核反應堆——釷基熔鹽堆核能系統。昨天，在上海市核學會成立40周年紀念大會上，中國科學院先進核能創新研究院院長徐洪杰透露，我國已在實驗室規模全面掌握這一全新領域的核心技術，相關產業鏈雛形基本形成，預計將于2030年后在全球率先實現商業應用。
▲釷基熔鹽堆核能系統的核心設備——自然循環回路。（中國科學院先進核能創新研究院供圖）
目前，世界首個兩兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆已在推進中，計劃于2020年底建成，下一步還將繼續建設100兆瓦示范堆。這標志著中國正引領全球熔鹽堆研發。
溫度超過預定值，核反應立即終止
長期以來，核電站主要采用的是以鈾-235為核燃料的壓水堆核電裝置。盡管科學家、工程師采取了種種防護措施，一旦發生反應堆事故，往往會對周邊居民和環境造成十分嚴重的影響。作為清潔能源的核能發展，因此一直充滿了爭議。
不過，隨著科技的發展，更安全、更清潔的核燃料釷逐漸發展起來。同時，反應堆的冷卻劑也由水變成了復合型氟化鹽——這意味著核電站不再需要消耗大量的水資源，核電站也不再只能建在濱海地區。這種新一代核能反應堆就是釷基熔鹽堆。
2011年，中國科學院部署啟動“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統”（TMSR）戰略性先導科技專項，實驗堆選址甘肅武威。
據悉，這種核反應堆具有結構簡單、可在常壓下運行、燃料“雜食性”強等優點。“當反應堆內溫度超過預定值時，設在底部的冷凍塞會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽全部流入應急儲存罐，核反應立即終止。”徐洪杰說，作為冷卻劑的氟化鹽在冷卻后就變成了“一塊大鹽巴”，既不容易泄露，也不會污染地下水。而且釷基熔鹽堆能穩定運行幾十年，經過充分燃燒后，理論上其產生的核廢料僅為現有技術的千分之一。
在武威，這座實驗室堆將建在地下十米處，這好比是給反應堆罩了一重金鐘罩，從而完全隔絕輻射。這一技術成熟后，也可應用于城市、戈壁、沙漠、海島等多種地貌環境。
設計研發及裝備制造基地設在上海
為了將釷基熔鹽堆核能系統從圖紙推向實際應用，來自中國科學院上海應用物理研究所等十家科研單位和高校的700多人，進行了七年多的攻關。
“我們在上海完成基礎研究，從材料工藝起步，在國內相關材料領域幾乎為零的背景下，逐步提升到國際水平，并全面掌握了熔鹽堆特需關鍵裝備的制造技術。”徐洪杰透露，我國已在釷基熔鹽堆研發上取得146項技術成果，形成近3000篇技術報告，申請發明專利達202件。如今，關鍵材料已全部國產化，關鍵設備均由國內廠家自主研制。
下一步，研發團隊還將開展多功能小型模塊化釷基熔鹽堆設施及十升級干法批處理研究設施的研制，這將是釷基熔鹽堆整個研發鏈條上承上啟下的重要一環。未來，該先導專項將形成這一新型核反應堆的設計研發、冷實驗平臺和主要裝備制造基地在上海、實驗與示范應用基地在甘肅的創新格局。按計劃，2030年至2050年間，釷基熔鹽堆將可實現商業應用及可持續發展。