后台有同学给我留言，说美国有几个年轻的学生搞出了一个如黑科技的一样的反应堆，这种反应堆短小精悍，安全性极高，而且还不怕堆芯熔毁，更可怕的是这种反应堆惊人的燃料利用率，据说这种反应堆一千克燃料产生的能量，相当于135千克铀产生的能量，或是160万千克标准煤的能量，这还不止，这种反应堆还有个优点，这种反应堆的燃料储量比铀资源更丰富，更容易开采。
（本文转载自微信公众号“国际核电的那些事”ID：hedianguoji 作者：何方）
天！美国人也太厉害了吧，而且还是几个年轻学生搞的！那么，如果真有这么厉害的反应堆，那现在争论不休的三代核电也不用建造了，核聚变也不必研究了，全世界都用这种堆好了。
网上搜索相关信息，发现这个消息说的是总部位于剑桥的一个叫Transatomic Power的能源公司，其创始人是两名来自于MIT（麻省理工学院）的两名博士，这个公司初创与2010年，目前融资大约有673万美元，是一家很小的能源公司。而那个所谓的很厉害的反应堆，是一种熔盐堆。
Transatomic Power公司联合创始人Leslie Dewan
熔盐堆，到底是个什么东西，真的是黑科技吗？
事实上，熔盐堆并非什么天才搞出来的黑科技，也并非一种成熟的核电堆型，而是上世界60年代就已经提出的，核科学家们已经研究了很多年的第四代先进反应堆中的一种。熔盐堆最具代表性的一种堆型，就是很多人听说过的“土堆”，不！正确叫法应该是“钍基熔盐堆”，简称“钍堆”。
不过，在第一段中介绍的熔盐堆的优点，理论上确实是真的。下面简单以钍堆为例说说熔盐堆的原理和优点。
所谓熔盐堆，就是指以熔融状（液态）的盐作为冷却剂的反应堆。这里所谓的盐不是指我们吃的氯化钠，主要是指氟化物。而用到的核燃料，则是钍。
为什么燃料是钍呢？这主要有两个原因。
其一，钍是一种银白色的金属，放射性十分微弱，基本上对人体健康没有危害。而且钍在自然界中储量丰富，容易开采，成本很低。也就是说，燃料安全且极容易获得，燃料成本低。（钍的这种特点，让钍堆成为了很多核科学们梦寐以求的一种堆型）。
其二，钍能够很好的溶解至氟化盐溶液中（要不熔盐堆没法造了）。
接下来，我们来看看这种堆是怎样运行的。
熔盐堆内没有我们平时理解的那种燃料棒，它的燃料就是溶解在冷却剂中的钍。而所谓的反应堆堆芯，则要由石墨块构成的中子慢化剂。
溶解了核燃料的液态氟化盐，通过管道从下部进入堆芯，在这里发生裂变反应，产生裂变能，然后熔盐从堆芯上部流出来，进入蒸汽发生器，让蒸汽发生器带走热量，熔盐冷却后继续进入堆芯，再次发生裂变反应。
这个过程类似于我们人体消耗能量的过程，营养物质（燃料）溶解在血液内，血液将营养物质带到特定组织（堆芯）消耗，释放出能量，并带走废物。
说到废物，这里有人可能会有想法了。核反应中也会产生很多废物，有些还是强辐射和中子吸收物，集聚多了会导致反应堆停堆，能不能类似于人体肾脏滤掉血液中的废物，给熔盐堆装上血液透析装置呢？
这个想法极好，而且工程师们早就想到了。由于熔盐堆内核燃料和裂变产物都溶解在熔盐内，所以熔盐堆有专门的“透析”装置，可以在正常运行的时候，将裂变废物提取出来，并添加新的核燃料。就这样，理论上熔盐堆无需停堆换料，可以连续运行几十年。
再说熔盐堆的安全性。这种反应堆堆芯中流动的不是水，而是熔盐，是一种高温低压的液态物，类似于钢水，既然没有高压，也就消除了爆炸的可能。
那会不会核泄漏呢？也不会！因为核燃料都溶解在熔盐中，即使堆芯出现了破口，溶解了核燃料的熔盐从堆芯中溢出，只会流到堆芯底部的安全槽中。而在安全槽中，由于停止裂变反应堆，加上安全槽的散热作用，混合着核燃料的熔盐很快会变成固体，不会向坏境中扩散。
一种典型的钍堆构造图
那溢出的熔盐处理起来是不是很棘手呢？不棘手，而且十分简单。上面讲过，熔盐会留到安全槽中冷却变为固体，因此只要重新让安全槽加热熔盐，熔盐再次熔化，流到反应堆底部的收集槽，通过主泵，就可以再次进入系统。
所以熔盐堆这种独特的设计，彻底避免了堆芯熔毁（堆芯本来就是熔融状的）和核泄漏的风险，而且一旦出现问题，熔盐外泄，就会自动停堆，完全不需要人去干预。
这还不止，熔盐堆还有一个更安全的设计。在堆芯底部，有一个安全塞。正常运行的时候，这个安全塞隔断堆芯和底部的安全槽的连接管道。但是一旦堆芯过热，这个安全塞会自动熔化，熔盐会全部顺着管道流至安全槽里面。
图中下部冷冻塞就是安全塞
也就是说，即使你故意想将这个反应堆搞坏也没有可能，安全塞的存在就像保险丝一样，保证堆芯只要稍微过热，它便会自动熔化，连同堆芯和安全槽，让堆芯的熔盐留出来，掏空堆芯，终止核反应，任谁也挡不住。
熔盐堆还有更吸引人的优点，就是能量效率。
钍在裂变过程中会裂变成更多的碎片，这意味着裂变过程中会产生多更的能量，能量效率远远高于现有的反应堆，而且裂变产物大部分是轻核，由于放射性轻核的半衰期更短，这意味着放射性废物的处理将变得更加容易。放射性废物的储藏时间由目前的几万年，将缩短至数百年。
同时，上文说过，熔盐堆有“血液透析”系统，因此裂变废物会及时从熔盐中在线萃取出来，不会干扰堆芯的运行，这可以保证加入熔盐的钍99%以上都能够在裂变反应中消耗掉，而现有反应堆，铀235利用率仅仅百分之几。
说了这么多，有人要问了，这么好的东西，怎么不见人使用呢？吹牛吧？
事实上，事物都有两面性，就和聚变能一样，理论上优点几天几夜说不完，但是这么多年来，聚变能也没有什么令人可期的进展。同样，熔盐堆的固有缺点使得它目前不能被广泛应用。
首先是熔盐的腐蚀性，氟化物是一种腐蚀性很大的物质，对金属管线的腐蚀性极大，而加热后，氟化物腐蚀性就更大了，这对反应堆材料是一个极大的挑战。
其次是熔盐状态的控制，要维持反应堆的运行，就要保证熔盐的流动性，也就要始终保持整个回路时刻处于高温状态，如果系统设计太复杂，这就很难实现了。而且，如果由于故障导致部分管道温度降低，熔盐固化堵塞管道，堆芯就会因热量无法传导出去，过热而停堆。虽然没有什么风险，但是工业上谁能忍受一台经常趴窝的发电设备?
熔盐堆最早是美国人在上世纪60年代提出来的，美国的橡树岭国家实验室在65年完成了世界第一台熔盐堆的建造和运行。今天美国的熔盐堆的概念，也是在橡树岭国家实验室的试验堆基础上提出来的。
橡树岭国家实验室
文首提到的那家能源公司，他们很可能只是将熔盐堆这个古老的概念进行了一次现代化包装，以便进行融资，然后再进行深入研究。
至于我国，在熔盐堆领域，中科院很多年前就开始了研究，并取得了很多成果。而且，中科院已计划未来十年内建造我国首座熔盐堆。
相比西方国家主要靠企业融资进行研究，我国核能研究都是以国家力量为支撑的，一定程度上核能研究也体现着国家意志。值得一提的是，经过几十年来不间断的潜心研究，近几年来，我国在核能研究上成果频现，第四代核电技术早已领先世界，未来的能源革命，极有可能在我国萌芽，并由我国主导。
原标题：熔盐堆：不怕堆芯熔毁，不会核泄漏，燃料利用率极高的超级反应堆
