中国为何要建造钍熔盐反应堆?

经过半个世纪的沉寂，钍作为燃料来源重新回到核能研究的前沿。2025年，中国计划在戈壁沙漠开始建造一座钍基熔盐反应堆。

根据中国科学院 10 月份发布的环境影响报告 ，该 10 兆瓦反应堆项目由中国科学院 上海应用物理研究所 (SINAP)管理，计划于 2030 年投入运营。该项目遵循 2 兆瓦实验版本，于 2021 年完成并投入运营。

中国的努力使其在钍基燃料培育和熔盐反应堆方面处于领先地位。世界上其他一些公司正在开发这种燃料或反应堆的计划，但尚未有一家公司运行过。在中国的试点项目之前，最后一个运行的熔盐反应堆是橡树岭国家实验室的 熔盐反应堆实验，它以铀为燃料。它于 1969 年关闭。

钍-232 存在于火成岩和重矿砂中，地球上的含量比核燃料中常用的同位素铀-235 更丰富 。但这种弱放射性金属不能直接裂变——它不能发生裂变，即原子核分裂产生能量。因此，必须先将其转化为可裂变的铀-233。这在技术上是可行的，但其经济性和实用性尚不清楚。

钍的吸引力在于它可以帮助实现能源自给自足，减少对铀的依赖，特别是对于印度等拥有 大量钍储量的国家而言。但中国可能以不同的方式获取钍：这种元素是中国庞大的稀土采矿业产生的废料。利用它将提供几乎取之不尽的燃料供应。据官方媒体新华社报道，中国甘肃省已经考虑将这种未来的能源供应应用于海洋和航空航天领域。

中国科学院的环境影响报告指出，熔盐反应堆堆芯高 3 米，直径 2.8 米。它将在 700°C 下运行，热输出为 60 兆瓦，电力为 10 兆瓦。

麻省理工学院核科学家查尔斯·福斯伯格说，熔盐增殖反应堆是钍燃料最可行的设计 。在这种反应堆中，氟化钍溶解在反应堆核心的熔盐中。为了将钍-232 转化为燃料，需要将其辐照为钍-233，钍-233 衰变为中间体镤-233，然后衰变为可裂变的铀-233。在这个燃料增殖过程中，镤在衰变过程中从反应堆核心中移除，然后以铀-233 的形式返回核心。发生裂变，产生热量，然后产生蒸汽，驱动涡轮机发电。

大多数开发熔盐反应堆的团队都专注于使用铀或铀混合物作为燃料，至少在短期内是这样。

• 位于德克萨斯州阿比林的Natura Resources和阿比林基督大学在 9 月获得美国核管理委员会的建设许可后，正在合作开发一座 1 兆瓦的液态熔盐反应堆。
• Kairos Power 正在田纳西州橡树岭开发氟盐冷却高温反应堆，该反应堆将使用铀基三结构各向同性 (TRISO)颗粒燃料。该公司 10 月与谷歌签署了一项协议，到 2035 年为其数据中心提供总计 500 兆瓦的电力。

但钍的使用也带来了许多挑战。其中最大的挑战就是核扩散的风险。

扩散问题似乎不是最大的问题，而且有办法降低风险。例如:

• 丹麦哥本哈根原子能公司目前的目标是开发一种以钍为基础的熔盐反应堆，并计划于 2026 年进行 1 兆瓦的试点。该公司计划将反应堆焊接起来，这样窃贼就必须打开高放射性系统才能拿到这种可用于制造武器的材料。
• 总部位于芝加哥的Clean Core Thorium Energy开发了一种混合钍和浓缩铀（包括高纯度低浓缩铀，即 HALEU）燃料，他们表示这种燃料不能用于制造武器。这种燃料是为重水反应堆设计的。