中国在追求“永久能源独立”的道路上迈出关键一步。以钍为基础的熔盐核反应堆技术于近期取得新突破,引发全球关注。
苏联天体物理学家尼古拉·卡尔达舍夫曾提出文明等级划分,将“一级文明”定义为能够完全掌控并利用其母星全部能量资源的社会,包括太阳能、风能、地热能及潮汐能等。根据美国物理学家卡尔·萨根对卡尔达舍夫等级的推算,人类目前大约处于 0.73 级,只使用了地球可利用能源的一部分。最新进展显示,中国在释放地球能源潜力方面实现重大突破,使人类距离“一级文明”又近了一步。
数月前的报道曾提到,中国科研团队在今年 4 月成功为一座正在运行的钍基熔盐反应堆加入新燃料。相关研究持续快速推进。上月,由中国科学院上海应用物理研究所(SINAP)在戈壁沙漠建设的实验反应堆成功实现钍-铀燃料转化,为核能领域提供了接近“取之不尽”的能源可能性。
这座 2 兆瓦液态燃料钍基熔盐反应堆(TMSR)由此成为全球唯一成功加载并使用钍燃料运行的第四代核能示范装置,也是科研人员首次从实际运行的熔盐反应堆中获取钍基运行的实验数据,被视为可重塑未来清洁可持续核能格局的创新突破。
先前研究指出,钍在地壳中的丰度远高于铀,获取更为便捷,且其废物放射性显著更低。钍因而常被视为核裂变能源的“圣杯”,与核聚变并列为核能终极方向。内蒙古白云鄂博矿据估算所蕴藏的钍资源足以支撑中国未来 2 万年的能源需求。
此次突破的核心在于“堆内钍-铀转换”过程,即将天然存在的钍-232 转化为可持续链式反应的铀-233。该过程包括钍-232 吸收中子形成钍-233,随后衰变为镤-233,最终转变为有效核燃料。整个转化链在反应堆内完成,无需外部燃料加工。
钍被溶解在氟化盐中形成高温熔融混合物,既是燃料又是冷却剂。外部少量初始裂变材料(如浓缩铀-235 或钚-239)提供中子源以启动反应。在持续运转过程中,钍-232 不断吸收中子并转化为铀-233,实现“自燃式再生循环”,这是钍基熔盐技术的核心优势。
与传统压水堆需要停堆更换固体燃料不同,TMSR 的液态燃料在系统中持续循环,可随时补充,不必中断运行。此外,该技术不需要任何冷却水,大幅区别于传统需依赖海岸线布置的大型水冷式核电站,从而使其在干旱地区乃至内陆地区部署成为可能。
熔盐在常压与高温下具备极高传热效率,使该技术不仅适合集成在内陆电站,也具备在大型船舶等移动平台上应用的潜力。中国造船企业已在探索无排放核动力海运的可行性,而其在海军舰艇上的潜在价值也备受关注。
钍基熔盐反应堆系统于 2011 年进入中国科学院战略项目规划,核心目标包括可持续能源与碳减排。经过近 15 年研发,由原上海应用物理所所长许鸿杰领导的科研团队克服重重挑战,并于 2023 年 10 月 11 日实现 2 兆瓦液态燃料 TMSR 的首次临界,2024 年 6 月 17 日实现满功率运行。今年 4 月,科研团队首次在运行中的熔盐反应堆中加入钍燃料,再度创造全球首例纪录。
由许鸿杰团队实现的突破意味着中国目前拥有全球唯一实际运行的钍基熔盐反应堆。作为第四代先进核反应堆,该系统具备高度固有安全性:在常压下运行,几乎不存在高压爆炸风险;其建于地下并具有完善的辐射屏蔽能力;化学性质稳定的熔盐可有效吸附放射性物质;如发生泄漏,熔盐将自动流入被动安全排泄槽并在冷却后固化以实现物理封存。
目前,中国正逐步形成完整的 TMSR 产业链,约有近百家科研机构与企业参与反应堆设计、材料科学与关键技术研发。该实验装置的所有核心部件均已实现百分之百国产化,标志着供应链自主与技术独立能力的成型。
按照最新官方规划,中国正在戈壁地区建设 100 兆瓦示范反应堆,目标是在 2035 年左右验证其大规模商业化可行性。
正值全国为这一突破庆祝之际,科研界也迎来令人悲痛的消息:被誉为中国钍基反应堆项目之父的核物理学家许鸿杰于 2025 年 9 月 14 日在上海逝世,享年 70 岁。中国科技部发布消息称,许鸿杰在深夜工作时于家中去世。相关报道描述他被发现时仍坐在电脑前,桌上摊着书本,电脑鼠标掉落在地,屏幕上尚未完成的《核科学与技术概论》课件仍停留在最后编辑界面。
许鸿杰1955 年出生,1989 年于复旦大学获核物理与核技术博士学位,同年进入上海应用物理所从事博士后研究,1991 年任助理研究员,1995 年任副所长,并于 2001 年至 2009 年担任所长。1995 年,中国科学院与上海市政府决定建设上海同步辐射装置,并由许鸿杰承担领导任务。该项目在他的带领下建成世界先进的第三代同步辐射光源,用于产生高亮度光束。
2009 年该设施建成后,他被任命负责推进钍反应堆项目,进而促成 2011 年 TMSR 计划正式启动。与许鸿杰、已于 2015 年逝世的“中国稀土化学之父”许光贤等科学家的贡献共同构成推动国家科技实力跃升的核心力量,被视为国家的重要财富。外界将这些科研贡献者誉为推动中国复兴的重要英雄。