钍基熔盐堆具备非常丰富的应用前景

近日，中国科学院上海应用物理研究所发布《小型模块化钍基熔盐堆研究设施项目环境影响报告书（选址阶段）》。报告书披露将新建10兆瓦电功率(10 MWe)小型模块化钍基熔盐堆项目，设计最大热功率60 MWt。这将是全球首座钍基熔盐反应堆核电站，建设目标为2025年年内开工，2029年首次临界并满功率运行。此前我国在甘肃武威已经建成了一座2兆瓦级的液体燃料钍基熔盐堆实验堆，并已成功投入使用。这座10兆瓦级的模块式钍基熔盐堆反应堆如果能够顺利按期完成，将预示着我国钍基熔盐堆技术逐渐成熟，可以进入应用阶段。对于中国海军来说，建设全核动力舰队的时代可能即将到来。

我国拥有丰富的金属钍矿藏

钍基熔盐堆相对于传统的核动力技术优势很多，主要包括高安全性、‌高能源转化率、‌高燃料利用率、‌有效利用钍资源、‌核废料少、不用消耗冷却水。钍基熔盐堆属于第四代核反应堆，具备固有安全性。钍基熔盐堆生成的核废料非常少。只相当于铀原料的千分之一，而且核废料半衰周期短。我国金属钍的储量是金属铀的六倍，总储量是世界第二。而且钍基熔盐堆使用熔融的氟化盐作为冷却剂。可以不需要用水作为工作介质。也不需要使用水作为冷却剂。因此适合在内陆缺水地区建设钍基熔盐堆作为发电站。

我国研制成功的六兆瓦超临界二氧化碳涡轮机

钍基熔盐堆和超临界二氧化碳涡轮机技术结合，具有高功率密度和高效率的技术特点。钍基熔盐堆的功率密度非常之高，足以作为飞机的动力。在上个世纪四、五十年代，美国曾研究将钍基熔盐堆作为战略轰炸机的动力。超临界二氧化碳涡轮机也具备有极高的功率密度。其体积只有同功率蒸汽轮机的1/30。而且系统的热效率非常高。可以达到45~50%。如果能够进行热能回收，效率还可以进一步提升。钍基熔盐堆和超临界二氧化碳涡轮机技术的组合是未来大型舰艇动力装置非常理想的选择。

钍基熔盐堆的基本结构

‌说到使用核动力作为军用舰船的动力，很多人还存在着普遍的错误认知。认为核动力舰艇的出勤率不如常规动力舰艇，全寿命周期成本也不如常规动力。其实那都是上个世纪六七十年代的老黄历了。上个世纪六七十年代，核动力航母的出勤率比常规动力航母高5%。但是到了美国的福特级航母，出勤率又提高了6.5%。所以到了福特级航母这里，常规动力航母出勤率的优势就已经不存在了。而美弟核动力航母目前维修时间长的问题是几十年去工业化的结果，和采用核动力无关。其实美弟的常规动力水面舰艇的维护同样也是困难重重。而福特级航母仅仅是第二代反应堆的技术水平。比我国现装备的第三代反应堆整整落后了一代。我国的第三代反应堆，采用一体化模块式设计，热效率可以达到33%。比目美国目前使用的第二代军用反应堆的百分之二十几要高很多。

未来核动力舰艇必将成为我国海军力量的中坚

上个世纪六七十年代，常规动力航母相对于核动力航母的全寿命周期成本。还有58%的优势。但即使是福特级航母使用的第二代军用反应堆。经过管道及阀门设计的优化，也节省了20%的全寿命周期成本，将常规动力全寿命周期成本的优势压缩到了38%。而我国的第三代一体化反应堆将多个压力容器精简为一套，省掉了大量复杂的管道和阀门，极大简化了反应堆的结构。大大降低了采购、运行和维护成本。至此常规动力全寿命周期成本低的优势已不复存在。

钍基熔盐堆系统的核心设备——自然循环回路

而钍基熔盐堆是我国第四代核反应堆技术。可以实现全功率自然循环，这样就可以把循环泵彻底取消。不但具备噪音低的优势，而且还可以大幅提高可靠性，降低采购和运维成本。所以在全寿命周期成本上，钍基熔盐堆相对常规动力将取得很大优势。鉴于我钍基熔盐堆的成本和性能优势，非常适合作为我国海军未来全核动力舰队的理想动力。不但可以大大降低远洋舰队的运行维护成本，还可以减少对海外基地的依赖。对于缺乏海外基地的我国海军来讲，这一点非常重要。

马伟明院士设想的超能舰

目前我国海军正在逐渐走向深蓝，海军的足迹越来越远。为了维护我国在海外的投资和支撑国家利益的拓展，中国海军需要走遍五大洲四大洋，因此建设全核动力舰队的必要性日益彰显。我国很早就制定了核动力舰艇的建设发展规划。即使是集装箱运输船都有上马钍基熔盐堆的计划。我国未来的造船计划中不但有核动力航母、核动力补给舰，还有火力强大的核动力超能舰。相信到2035年左右，我国海军中的核动力舰艇必将成为海上作战力量的中坚。