夠中國用2萬年，我國破解世界難題，搶先美國造了“無限能源”

在甘肅省武威市民勤縣紅沙崗工業(yè)園區(qū)的戈壁深處，一座外觀并不張揚的銀灰色建筑正在改寫全球核能史。它的名字有點繞口，叫2兆瓦液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆，代號TMSR-LF1。2025年10月下旬，這座反應(yīng)堆內(nèi)部完成了一件全球獨一份的事情。由中國科學院上海應(yīng)用物理研究所牽頭建成的2MWt液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆首次實現(xiàn)釷鈾核燃料轉(zhuǎn)換，在國際上首次獲取釷入熔鹽堆運行后實驗數(shù)據(jù)，成為目前國際上唯一運行并實現(xiàn)釷燃料入堆的熔鹽堆。

11月1日，中國科學院在實驗堆現(xiàn)場召開新聞發(fā)布會，正式對外公布了這一進展。業(yè)內(nèi)評價頗為直接，中國搶先美國走通了釷資源的核能利用路徑，為國家儲備了一份可以夠用兩萬年的＂無限能源＂底牌。

要理解這次突破的分量，得先看中國核能長期的短板在哪里。傳統(tǒng)核電依賴鈾-235，可是我國鈾礦家底并不厚實，對外進口依賴度長期高企。人口體量擺在那兒，用電需求逐年攀升，若把寶完全押在鈾身上，能源安全始終懸著。

釷這條路徑其實早就在科學家視野里。它是一種銀白色的弱放射性金屬，廣泛存在于巖石和重礦砂中。這種元素是中國龐大的稀土采礦業(yè)產(chǎn)生的副產(chǎn)品，利用它將提供幾乎取之不盡的燃料供應(yīng)。換句話說，我國過去開采稀土時順帶產(chǎn)出的釷，此前多被當作低價值伴生物處理，如今卻成了可以撬動能源大局的寶貝。據(jù)公開數(shù)據(jù)，我國釷探明儲量在全球位居前列，僅內(nèi)蒙古白云鄂博礦一處，估算就能支撐國內(nèi)相當長時間的能源需求。

問題在于，釷本身并不能直接燒起來。因為釷是可增殖而非可裂變材料，僅靠自身無法維持鏈式反應(yīng)。任何實際的釷系統(tǒng)中，釷-232必須先吸收一個中子變成釷-233，衰變?yōu)殓h-233，然后再衰變?yōu)榭闪炎兊拟櫷凰兀拍芫S持裂變。這一過程只有在鈾-235或钚-239這類可裂變＂驅(qū)動器＂存在時才能進行，用來提供功率以及增殖所需的富余中子。也就是說，釷要真正＂入堆＂，需要經(jīng)歷一次完整的＂點石成金＂。

這次民勤實驗堆的關(guān)鍵突破就在于此。鏷-233的關(guān)鍵物理參數(shù)數(shù)據(jù)證實，反應(yīng)堆內(nèi)部成功建立了從釷-232到鈾-233的核素轉(zhuǎn)換鏈。這一里程碑初步驗證了釷燃料循環(huán)的技術(shù)可行性，進一步鞏固了中國在熔鹽堆研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。上海應(yīng)物所所長、釷基熔鹽堆專項負責人戴志敏在發(fā)布會上說得很樸實：這是世界上第一次在熔鹽堆里加釷，初步證明了釷資源利用的可行性。

為什么說這項技術(shù)能給中國帶來＂無限能源＂？賬其實并不難算。

釷在地殼里的豐度遠高于鈾。釷不僅比鈾更豐富，全球儲量是鈾的三到四倍，而且不太適合用于武器生產(chǎn)。國內(nèi)釷礦又多與稀土伴生，開采時幾乎不需要額外投入太多成本，相當于＂稀土礦里附贈的能源包＂。按不同機構(gòu)的估算區(qū)間，我國已探明和潛在的釷資源，理論上足以支撐本國未來數(shù)千年到兩萬年的能源消費。這個跨度本身就意味著，能源安全的賬本被徹底重寫。

更關(guān)鍵的是能量密度。釷的核反應(yīng)能釋放出巨大的熱量，與同等質(zhì)量的煤炭相比不在一個量級，與鈾相比也具備明顯優(yōu)勢。一旦釷鈾循環(huán)走通并規(guī)模化，就能把過去被視為副產(chǎn)物甚至廢料的資源，轉(zhuǎn)化為源源不斷的電力。這種＂從廢料到燃料＂的跨越，才是這次實驗最深層的意義。

從時間線上看，中國這條路走得并不輕松。2011年，面向國家能源安全與可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，中國科學院啟動了戰(zhàn)略性先導科技專項＂未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)＂，依托中國科學院體系化、建制化優(yōu)勢，成功組建并培育了國際一流的釷基熔鹽堆專業(yè)研發(fā)團隊。2017年11月，實驗堆選址武威市民勤縣。此后，工程建設(shè)分階段推進。實驗堆2020年1月開工建設(shè)，2024年6月首次實現(xiàn)滿功率運行，2024年10月完成世界首次熔鹽堆加釷，在國際上率先建成獨具特色的熔鹽堆和釷鈾燃料循環(huán)研究平臺。到2025年10月，釷鈾轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)終于落袋。

值得一提的是，實驗堆的＂中國血統(tǒng)＂相當純正。近百家國內(nèi)科研機構(gòu)、高等院校和產(chǎn)業(yè)集團深度參與實驗堆研發(fā)與工程建設(shè)，攻克了設(shè)計、關(guān)鍵材料與設(shè)備研制、安裝與調(diào)試及堆安全等方面的技術(shù)難題，實現(xiàn)了核心材料、裝備與技術(shù)從實驗室研發(fā)到實驗堆工程驗證的跨越，實驗堆整體國產(chǎn)化率大于90%，關(guān)鍵核心設(shè)備100%國產(chǎn)化，供應(yīng)鏈自主可控，釷基熔鹽堆相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的雛形在我國已經(jīng)基本形成。這種全鏈條自主可控的能力，與稀土產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位有異曲同工之處。

中國接過接力棒的過程并不容易。技術(shù)難點集中在兩處。其一是材料。高溫氟化物熔鹽對反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的腐蝕極強，普通合金撐不了多久就會被吃穿。熔鹽的腐蝕特性要求定制合金，例如哈氏合金N，既能耐輻射又能抵御化學侵蝕。這些材料必須在極端溫度和放射性環(huán)境下穩(wěn)定運行數(shù)十年。中國科研團隊在鎳基合金里加入鉻、鉬、鎢等元素，反復調(diào)整配比，最終將腐蝕速率控制到工程可接受的水平，讓反應(yīng)堆具備長周期穩(wěn)定運行的可能。

其二是燃料工藝。團隊開創(chuàng)了控制氟化釷中氧含量的技術(shù)，并建立了核級釷基燃料鹽的制備工藝。這些看似專業(yè)的細節(jié)，恰恰是過去美國研究沒能跨越的門檻。

從技術(shù)節(jié)點看，中國走得又快又穩(wěn)。2023年10月11日，TMSR-LF1實現(xiàn)首次臨界。2024年6月17日，達到2兆瓦滿功率運行。同年9月獲得向熔鹽中裝載釷的許可證，隨后一個月完成首次裝釷，10月8日以滿功率帶釷運行10天，探測到鏷-233，表明核增殖取得成功。這一連串的時間點，勾勒出中國科學家從零到一的完整拓荒軌跡。

美國方面并沒有停下腳步。納圖拉資源公司和阿比林基督教大學正在合作研發(fā)一臺1兆瓦液態(tài)熔鹽堆，此前已從美國核管理委員會拿到建造許可。凱洛斯電力公司則在田納西州橡樹嶺研發(fā)一款氟鹽冷卻高溫堆，采用鈾基三結(jié)構(gòu)各向同性顆粒燃料，該公司10月與谷歌簽下協(xié)議，將在2035年前提供總計500兆瓦電力，用于支撐其數(shù)據(jù)中心。可以看到，歐美企業(yè)界重新?lián)炱鹑埯}堆技術(shù)，但絕大多數(shù)仍以鈾為主要燃料，走釷鈾循環(huán)這條最難路徑的，目前只有中國。

后續(xù)的規(guī)劃已經(jīng)明朗。團隊負責人戴志敏表示，團隊將以2035年建成百兆瓦級釷基熔鹽堆示范工程并實現(xiàn)示范應(yīng)用為目標，加速技術(shù)迭代與工程轉(zhuǎn)化，為國家提供安全可靠的釷基能源發(fā)電新路徑。上海應(yīng)物所將與國家電力投資集團等能源龍頭企業(yè)合作，共同構(gòu)建釷基熔鹽堆完整的產(chǎn)業(yè)和供應(yīng)鏈生態(tài)。從2兆瓦到100兆瓦，再到未來的商業(yè)化機組，路線圖清晰。

再看這類反應(yīng)堆的獨特優(yōu)勢，就能明白它為何被稱為＂第四代核電＂的代表。它選址不必再＂傍海而居＂。傳統(tǒng)核電站大多沿海布置，因為需要大量水冷。而釷基熔鹽堆具備諸多安全特性。當堆內(nèi)溫度超過預設(shè)閾值時，底部的冷凍塞會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽會全部流入儲鹽罐，從而終止核反應(yīng)。同時，反應(yīng)堆運行在常壓環(huán)境下，操作簡單安全。氟化物鹽冷卻劑冷卻后轉(zhuǎn)為固態(tài)，可有效防止核燃料泄漏擴散，也能避免與地下水相互作用引發(fā)生態(tài)災(zāi)害。這種＂物理自鎖＂的安全邏輯，比依靠電源和人工干預的傳統(tǒng)安全系統(tǒng)更可靠。

從防擴散角度看，釷鈾循環(huán)也有天然優(yōu)勢。該反應(yīng)堆產(chǎn)生的钚-239極少，這種同位素常用于制造核武器；而由釷增殖出的鈾-233較難分離并用于軍事目的。中國方面的報告顯示，釷反應(yīng)堆廢料中的钚含量比傳統(tǒng)核系統(tǒng)低得多。這一特點讓釷基熔鹽堆成為國際社會推動核能和平利用的理想選擇，也讓中國有條件把這項技術(shù)拓展到＂一帶一路＂沿線的合作伙伴。

站在2026年年中回望，從2011年立項到2025年10月完成釷鈾轉(zhuǎn)換，中國科研人員用了整整十四年，把一條被擱置半個多世紀的技術(shù)路徑，重新走通并跑到了世界前列。戈壁灘上那座并不顯眼的銀灰色廠房，承載的是一個人口大國面對能源安全困局給出的自主答案。當2035年百兆瓦級示范堆按計劃落地，釷基熔鹽堆真正從實驗室走向電網(wǎng)時，＂夠中國用兩萬年＂這句話，或許就不再只是紙面上的一個數(shù)字。

參考資料：

中國科學院官網(wǎng)：《我國首次實現(xiàn)基于熔鹽堆的釷鈾核燃料轉(zhuǎn)換》，2025年10月31日。

新華網(wǎng)：《新華鮮報｜燃料從＂鈾＂到＂釷＂！我國實現(xiàn)釷基熔鹽堆研發(fā)突破》，2025年11月1日。