中国钍基熔盐堆实现核燃料转化突破
摘要
中国科学院上海应用物理研究所宣布TMSR-LF1钍基熔盐堆成功实现钍-铀核燃料首次转化。该2MWt实验堆于2023年10月临界，是全球首个使用钍燃料的运行中熔盐堆，采用液态燃料设计可实现不停堆换料，显著提高燃料利用率并减少核废料。研究所计划2035年前建成100MWt示范堆，为第四代核能系统发展提供技术支撑。
中国科学院上海应用物理研究所宣布，位于甘肃省武威的实验性TMSR-LF1钍基熔盐堆已成功实现钍-铀核燃料的首次转化。
2 MWt的TMSR-LF1反应堆建造于2018年9月开始，原计划于2024年完成。但据报道，在工程加速后于2021年8月完工。2022年8月，上海应用物理研究所(SINAP)获得生态环境部批准对该反应堆进行调试。该反应堆于2023年6月获得运行许可证，并于2023年10月11日实现首次临界——即持续链式反应。
TMSR-LF1使用铀-235富集度低于20%的燃料，钍存量约为50公斤，转化比约为0.1。采用含有99.95%锂-7的锂-铍氟化物(FLiBe)作为可增殖覆盖层，并使用四氟化铀(UF4)作为燃料。
上海应用物理研究所表示：“2024年10月，全球首次在熔盐堆中添加钍元素的工作完成，使其成为世界上首个建立独特熔盐堆和钍-铀燃料循环研究平台的装置。”
11月1日，该研究所宣布TMSR-LF1实现了钍和铀核燃料的首次转化。
“这标志着国际上首次获得了钍引入熔盐堆后的实验数据，使其成为全球唯一成功使用钍燃料的运行中熔盐堆，”该研究所表示。“这一里程碑突破为中国钍资源的大规模开发利用和第四代先进核能系统发展提供了核心技术支撑和可行解决方案。”
上海应用物理研究所副所长李晴暖表示：“自2023年10月11日首次临界以来，钍基熔盐堆一直在通过核裂变持续产生热量。”她解释说，传统压水堆需要定期停堆并打开压力容器顶盖进行换料，而钍基熔盐堆使用液态燃料，核燃料均匀溶解在熔盐冷却剂中并随之循环，无需停堆即可进行换料。
“这种设计不仅提高了燃料利用率，还显著减少了放射性核废料的产生，这是钍基熔盐堆的优势之一。”
上海应用物理研究所所长戴志敏表示，研究所下一步将加快技术迭代和工程转化，力争在2035年前完成100 MWt钍基熔盐堆示范项目并实现示范应用。
熔盐堆(MSR)使用低压熔融氟化物盐作为主冷却剂，可在超热中子或快中子能谱下运行，并使用多种燃料。当前对复兴熔盐堆概念的兴趣大多与利用钍（增殖可裂变铀-233）有关，需要提供初始裂变材料如钚-239。存在多种不同的熔盐堆设计概念，在商业化过程中面临诸多挑战，尤其是涉及钍的堆型。