釷基熔盐反应堆为什么能发电？

老爷子

　　

钍基熔盐反应堆为什么能发电呢？我们都知道，钍-232（Th-232）它本身‌并不是裂变元素‌啊……既然不是裂变元素，那么它是怎么产生热能的？

如果你们对这个问题感兴趣，证明你们的心还很年轻，证明你的的好奇心还未泯灭……因为一个人若能一直保持好奇心，它就能促进大脑活力，驱使人们不断学习新事物，这种心态能让人更专注当下、忘却年龄焦虑，从而在气质上显得更有活力。好奇是探索世界奥秘的钥匙，不要认为自己年龄大了，不行了……人不思老，老将不至，莫道桑榆晚，为霞尚滿天。用好奇心去点亮自己的生活，让每一天都充满新奇的色彩与无限的可能。人如果没有好奇心，就会变得索然无味，就连做人的灵魂都打上折扣。弗朗西斯.培根曾说，知识是一种快乐，而好奇则是知识的萌芽。试试看吧，也许你一看就能明白，因为再深奥晦涩的理论都是有规律可寻的，并不神秘，也许你就是一块金子，只不过上帝打了个盹，把你放错了位子。

下面我们就来一步一步探讨釷-232是如何成为裂变元素的。

是的，釷-232它本身并不是裂变元素，它自已改变不了自已，但是它可通过中子俘获转化为裂变元素。这就是“借鸡生蛋”，也就是借他人之羽翼，翱翔自已的天空。那么，它是如何转化的呢？,

它是由钍-232先吸收一个中子，然后，经过两次β衰变，变成鈾-233,它就变成了裂变原素。其中β衰变过程复杂一些，它的反应过程如下：

首先，堆芯启动需要少量的易裂变材料（如高丰度铀-235或钚-239）提供初始中， 由于铀-235，或鈈-239是易变材料，其裂变时，产生大量的中子，这些中子轰击钍-232原子核。钍-232吸收一个中子后变成钍-233， 钍-233不稳定，通过β衰变（释放一个电子）变成镤-233。镤-233也不稳定，再经过一次β衰变变成铀-233。

这个转变过程告诉我们，但我们自已不能改变自己时，我们可以借船出海，也可借鸡生蛋，就是借他人之翼，翱翔自已的天空。即古人所说，运海抟扶，必借垂天之翼；乘流击汰，必伫飞云

铀-233是一种优良的易裂变材料。当一个中子轰击铀-233原子核时，原子核会分裂（裂变） 成两个（有时是三个）较小的原子核（裂变碎片），同时释放出巨大的能量（热量），这是发电的根本来源。 2-3个新的自由中子，这些中子非常重要， 一部分中子去轰击其他铀-233原子核，维持链式反应，一部分中子被钍-232吸收，持续“增殖”产生新的铀-233燃料（这也是钍堆被称为“增殖堆”或“转化堆”的原因）。

现在明白了吧，为什么我们把钍基溶盐反应堆称其为增殖堆或转化堆。 任何事情都是這样，找到了源头，就了解了根本。即古诗所云，问渠那得清如许，为有源头活水来。只有这样，才能知其然，进而知其所以然。要永远记住，井不达泉，则犹不掘也；一步未至，则犹不往也。

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　　我们知道了这个燃料载体的来源，它总得有反应的地方吧，这就是下面要谈到的《熔盐作为燃料和载热剂》。

这种反应堆的独特之处，也是 钍基熔盐堆最核心的特点之一是将核燃料（如铀-233或启动用的裂变材料）溶解在高温熔融的氟化盐中（例如氟化锂、氟化铍的混合物），现在明白了吧，为什么我们把这个新型的反应堆称之为钍基熔盐反应堆了吧。那么，它的作用是，燃料载体直接在裂变反应流动的熔盐中进行。熔盐在反应堆堆芯循环流动时，直接吸收核裂变产生的大量热量，自身温度升高（通常达到600-700°C以上），这些熔盐就成了载热剂。

它的最大优点是在安全性占有优势： 熔盐在常压下工作，沸点极高；在高温下保持液态，一旦冷却（如遇到管道破裂等事故），它会迅速凝固，包容住放射性物质，具有固有的安全性。这个优点战胜了所有以前的核电厂。

现在明白了吧，熔盐之所以能作为热载体，第一是常压下，沸点极高，笫二是高温下液态，一旦温度下降到液固临界点，立即凝固，使放射性物质固化。安全性方面占到压倒性的优势，以前所有核电厂在它面前处于劣势。

所以，在这个竞争激烈的世界，只有强者才能生存下来，而弱者只有被淘汰。生活是残酷的，它不会因为你是弱者而对你仁慈。

　　载热剂载着大量的热能，总得要把它取出来，这就要谈到热交换器。它分为一回路到二回路。携带了巨大热量的高温熔盐（一回路）离开堆芯，流入一个称为主换热器（或中间换热器）的设备。 在换热器内，高温的一回路熔盐将其热量传递给另一股独立的、非放射性的熔盐（二回路熔盐）。二回路熔盐因此被加热到高温。

关键的安全设计：这个换热过程非常重要，它把具有放射性的燃料盐（一回路）和最终用于发电的工质（水/蒸汽）隔离开来。二回路熔盐本身不含核燃料，没有放射性。至所以这样做，就是为了隔离核污染。

上面所说的热交换器它分为两个回路，主要把帶有放射性熔盐隔离开了，保证二回路的安全。

现在明白了吧，为什么热交换器要分为两个回路？这就是事物的两面性，它能为你遮风挡雨，也能同样叫你不见天日。只有隔离“负”的一面的困扰，好的一面才会如约而至。

下面我们就要谈到热蒸气的产生。

被加热的高温二回路熔盐离开主换热器，流入蒸汽发生器，在蒸汽发生器内，高温的二回路熔盐将其热量传递给水。水吸收热量后变成高温高压的蒸汽。

有了高温高压的蒸气，我们必须让它做功，这就是下面要讲的发电，也是热力循环过程。

　　高温高压蒸汽通过管道被输送到汽轮机，蒸汽冲击汽轮机的叶片，使巨大的汽轮机转子高速旋转。这个过程将蒸汽的热能和压力能转化为机械能。汽轮机转子与发电机的转子相连，发电机转子在磁场中旋转，根据电磁感应原理，将机械能转化为电能。 做过功的蒸汽（温度和压力降低）从汽轮机排出，进入冷凝器，被冷却水冷却凝结成水。 凝结水由给水泵加压后，重新被打回蒸汽发生器加热，完成循环（这就是经典的兰金循环）。

所谓兰金循环，其实就是一个闭环系统，就是水从蒸汽发生器吸热变成蒸气，蒸气做完功，变成水，这个水又流进蒸汽发生器，从原点又回到原点，就象生命的轮回里，绕了一圈，又回到最初的起点。

下面，我将进行一下总结，钍基熔盐堆发电的根本原因在于：它利用熔融盐中的核裂变（特别是铀-233裂变及钍-232向铀-233的转化）产生大量热量，通过熔盐循环将热量高效地带出堆芯，再经过热交换和蒸汽发生器将热量传递给水产生蒸汽，最终通过汽轮发电机将热能转化为电能。其独特之处在于实现这一过程的载体（液态熔盐燃料）和方式（高温、常压、潜在在线处理）所带来的潜在优势。

熔盐堆[molten salt reactor, MSR]是核裂变反应堆的一种，其主冷却剂[primary coolant]是一种熔融态的混合盐，它可以在高温下工作（可获得更高的热效率）时保持低蒸汽压，从而降低机械应力，提高安全性，并且比熔融钠冷却剂活性低。

　　最后，对这世界上最先进的钍基熔盐反映堆的特点进行总结：

结钍基熔盐堆发电的关键特点：1、液态燃料，核燃料溶解在熔盐中，既是燃料又是载热剂/冷却剂。2、高温：熔盐工作温度高（通常>600°C），热效率更高（理论上可达 40-50%，高于传统轻水堆的约 33%）3、常压运行：熔盐沸点极高，一回路可以在接近常压下运行，消除了高压容器破裂的风险。4、在线处理：理论上可以连续在线去除裂变产物并添加新燃料，提高燃料利用率，减少停堆时间。5、钍燃料循环： 利用储量丰富的钍-232 转化为铀-233 作为燃料，具有增殖潜力。6、固有安全性：具有负温度反应性系数、高温下熔盐膨胀自动排出堆芯（带出燃料）导致反应停止的被动安全设计等。

所谓最后总结，就是对文章进行提纯，这里总结的每一点都是精华，掌握这些精华就相当于抓住了纲，进而便能做到举一纲而万目张，解一卷而众篇明，振裘持领，万毛自整。

　　最后，再来谈淡我国钍基熔盐发电厂的情况及未年发展前景

我国钍基熔盐核电站技术已取得重大突破，全球唯一运行的2兆瓦热功率液态燃料钍基熔盐实验堆（TMSR-LF1）于2025年4月在甘肃武威实现稳定运行，标志着中国在第四代核电技术领域领先全球。

我国甘肃武威的2兆瓦钍基熔盐实验堆是全球首个实现连续稳定运行的同类堆型，2023年10月首次临界，2024年6月满功率运行，2025年4月完成加钍实验。‌‌

‌ 关键技术攻克‌：中国科研团队解决了高温熔盐腐蚀（研发耐1000℃的镍基合金）、燃料循环处理等难题，熔盐腐蚀速率控制在每年0.1毫米以下。‌‌

‌ 三步走战略‌：实验堆阶段（已完成）；验证全流程技术；堆阶段（2025年启动）；建设10兆瓦小型模块化堆；示范堆阶段（2030年前）；实现商业化应用。‌‌

事实已经证明，我国在第四代核电技术领域已经领先全球，这是国人的骄傲。其实钍基熔盐反映堆是美国首先研究的，但他们遇到了困难，便停止了该项目。这就是为山九仞，巧亏一篑，掘井九仞而不及泉，犹为弃井也。而我国科学家一直坚持研究，攻克了一个又一个难题，最后终于获得成功。这就是古人所言，锲而舍之，朽木不折，锲而不舍，金石可镂。

通过以上的介绍，钍能成为裂变原素并非难于捉摸，高深莫测，也就是说，它并不神秘，所谓神秘，是一种超越美的永恒魅力，神秘的不是世界如何存在，而是它竟然存在。你每天都去做自己能力做得到的事，总有一天，你会发现，你看山已经不是山了，看水已经不是水了，你自己已经发现不是你自己了，你真的会为自己的变化大吃一惊……你会发现，年龄只是一个数字，好奇让你变得年轻，心态才是你的魅力。写到此处，老爷子情不自禁的伏案而书：

老骥伏枥心有志，

嘶風老马显雄姿，

日在桑榆莫道晚，

人不思老老不至。

名词解释：

1、什么是β衰减？

β衰变是一种放射性衰变过程，指原子核自发释放β粒子（电子或正电子）及中微子，导致核内质子与中子相互转化，从而改变原子序数但保持质量数不变的现象。

2、什么是兰金循环？

兰金循环（Rankine Cycle）是一种将热能转化为机械功的热力学循环，广泛应用于蒸汽动力装置，通过蒸发吸热、膨胀做功、冷凝放热和再压缩四个阶段实现能量转换。 ‌

3、MSR： molten salt reactor 熔盐核反应堆

4 、TMSR：Thorium molten salt reactor 釷基熔盐核反应堆。

5、thorium：釷（放射性化学原素），原子序数90，原子量为232.04

6、primary cool and : 主冷却剂。

7、运海抟扶，必借垂天之翼；乘流击汰，必伫飞云之楫：

鲲鹏出海扶摇上天，必须借助于巨大的翅膀，飞流直下劈波斩浪必然要要凭借高大舟楫（巨轮）。