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来源:中国科学院上海应用物理研究所

上海应物所钍基熔盐堆实现燃料转换

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摘要:上海应物所钍基熔盐堆实现燃料转换中国科学院上海应用物理研究所牵头的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆首次实现钍铀核燃料转换,成为国际上唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆,我国首次获取钍入熔盐堆运行后的实验数据。实验堆热功率2兆瓦,公斤级钍燃料已入堆,近百家机构参与研发,国产化率超90%,关键设备国产化率达100%。项目历经多年

日前,由中国科学院上海应用物理研究所(以下简称"上海应物所")牵头建成的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆首次实现钍铀核燃料转换,成为目前国际上唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆,我国由此在国际上首次获取钍入熔盐堆运行后的实验数据。

钍与铀核利用__钍铀燃料循环示意图

‌工程规模与国产化水平。‌ 实验堆热功率2兆瓦,已实现公斤级钍燃料入堆运行。近百家国内科研机构、高等院校和产业集团参与研发建设,整体国产化率超过90%,关键核心设备国产化占比达100%,供应链自主可控,相关技术产业链雏形基本形成。

‌关键节点与核心技术。‌ 2011年,中国科学院启动"未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统"战略性先导科技专项;2017年11月实验堆选址甘肃武威民勤,2020年1月开工,2023年10月首次临界,2024年6月首次满功率运行,2024年10月完成世界首次熔盐堆加钍。上海应物所副所长蔡翔舟介绍,团队在耐高温抗腐蚀合金材料制备、熔盐循环腐蚀控制、燃料在线分离与处理及主泵、换热器等关键装备自主研制上实现全面突破;此次转换中还探测到钍-232转换为铀-233过程中的关键中间产物。

‌为何选定钍路线。‌ 上海应物所所长戴志敏表示,重启这一技术路线主要基于国家战略需求——我国钍储量远高于铀储量,且与稀土资源伴生,高效利用可保障国家能源安全千年以上。蔡翔舟介绍,美国上世纪50年代曾建钍基熔盐堆核电站,放弃是冷战时期的战略选择,当时更易生产武器用核材料的钚基快堆获优先发展;我国1972年转向压水堆,则因科技水平和工业基础不足。新世纪以来工业实力提升,钍基熔盐堆在资源利用、安全和核废料处理上的优势凸显,路线由此重启。

‌安全特性与防核扩散。‌ 该堆型高温、常压运行,温度过高时核反应自动下降直至停止,不会堆芯熔毁,配合"冷冻阀"等非能动措施,2016年被美国《麻省理工科技评论》评为"失效安全"的核能技术。蔡翔舟表示,其冷却不需水,无需依海而建,兼具本征安全、常压工作、高温输出等优点。戴志敏说,钍燃料循环中途不产生武器用钚,可预防核扩散,印度、东南亚、非洲等缺铀富钍地区均可布点。

‌2035年左右建成百兆瓦级示范堆。‌ 蔡翔舟介绍,实验堆是"实验堆—研究堆—示范堆"三步走战略第一步,现处实验运行阶段,主要任务是获取运行数据、验证关键技术。戴志敏表示,团队正申请国家重大科技任务,攻关百兆瓦级示范堆关键技术,并与国家电投等央企深度合作,力争2035年左右建成百兆瓦级示范堆并实现并网发电,为国家"双碳"目标作出贡献。



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