熔盐堆

熔盐反應爐系统图示

核燃料與冷卻劑都是以液態混和為一體方式存在。

熔盐反應爐（英語：molten salt reactor, MSR）是核裂变反應爐的一种，屬於第四代反應爐，其主冷却剂以至燃料本身都是熔盐混合物，它可以在高温下工作（可获得更高的热效率）时保持低蒸氣壓，从而降低机械应力，提高安全性，并且比熔融鈉冷却剂活性低。

核燃料既可以是固体燃料棒，也可以溶于主冷却剂中，从而无需制造燃料棒，简化反應爐结构，使燃耗均匀化，并允许在线燃料后处理。在许多设计方案中核燃料，如 四氟化铀（UF₄），溶于熔融的氟化物盐。爐芯用石墨做慢化剂，熔盐流体在其中达到临界。许多现代设计方案采用陶瓷燃料在石墨基质中均匀分布，熔盐提供低压高温冷却的形式。熔盐更有效地将热量带出爐芯，减少对泵、管道的需求，并因此而的缩小爐芯的尺寸。

在20世纪50年代這是新構想然而後續種種時代原因被美蘇兩國放棄，其他國家又缺乏預算和技術研發，導致停頓，但随着新材料工程的出现與時代要求變遷，这一技术重新受到了关注。 美國早期的“飞行器反應爐试验（1954）”的主要动因在于熔盐反應爐尺寸小，而“熔盐反應爐试验（1965-69）”是钍燃料循环增殖反應爐核电站的样机，但最後都沒有再持續發展。

历史

飞行器反应堆试验

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橡树岭国家实验室的飞行器反应堆试验楼，后来它为熔盐堆试验而改建。

对熔盐堆的集中研究始于美国飞行器反应堆试验（US Aircraft Reactor Experiment, ARE）。ARE是一个热功功率2.5 MW_th的核反应堆试验，旨在使核反应堆达到可作为核动力轰炸机引擎的高功率密度。该计划促成了几个试验，其中的三个引擎测试实验统称为热转移反应堆实验：国家反应堆试验站（现在的爱达荷国家实验室）的HTRE-1，HTRE-2和HTRE-3。其中一个实验用熔融氟化物盐NaF-ZrF₄-UF₄（53-41-6 mol%）作为燃料，用氧化铍（BeO）作为慢化剂，用液态钠作为第二级冷却剂，峰值温度为摄氏860 °C。它在1954年以100 MW-小时连续运行了超过九天。本实验的金属结构和管道采用了铬镍铁600合金。

熔盐堆试验

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MSRE设备图示

在20世纪60年代，橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）在熔盐堆研究中居于领先，他们的大部分工作随着熔盐堆试验（Molten-Salt Reactor Experiment, MSRE）达到顶峰。MSRE是一个热功功率7.4 MW_th的试验堆，用以模拟固有安全超热钍增殖堆的中子“核”。它测试了铀和钚的熔盐燃料。被测试的²³⁵UF₄液态燃料有着将废物减至最少的独特衰变路径，废物同位素的半衰期在50年以下。反应堆摄氏650度的炽热温度可以驱动高效热机——例如燃气轮机。为了便于中子测量，庞大而昂贵的钍盐增殖层被略去。

MSRE位于ORNL。MSRE管道、堆芯包壳和结构组件由哈斯特洛合金-N制造，其慢化剂是热解石墨。MSRE于1965年达到临界，运行了四年。MSRE的燃料是LiF-BeF₂-ZrF₄-UF₄（65-30-5-0.1），石墨堆芯慢化，第二级冷却剂是FLiBe（2LiF-BeF₂）。MSRE温度达到摄氏650 °C，运行时间相当于满功率运行1.5年。

最近的进展

液态盐甚高温反应堆

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截至2010年9月 (2010-09)，利用熔融盐作为冷却剂的反应堆方面的研究一直在持续。传统熔盐堆和甚高温反应堆（Very High Temperature Reactor, VHTR）都被视作可能的设计方案纳入到第四代堆初步研究（GEN-IV）框架下。当前正在被研究的VHTR版本之一是液态盐甚高温反应堆（Liquid Salt Very High Temperature Reactor, LS-VHTR），一般也被称为先进高温堆（Advance High Temperature Reactor, AHTR）。 本质上，它是主回路不采用氦回路，而采用液态盐作为冷却剂的标准VHTR设计方案。它依赖于分布在石墨中的“TRISO”燃料。早期，AHTR关于石墨的研究集中在六角形石墨慢化块的插入石墨棒的形式，但如今的研究主要集中在鹅卵石式的燃料形式。 LS-VHTR有许多吸引人的特性，包括：在甚高温度下工作的能力（大部分LS-VHTR所考虑的熔融盐的沸点都在1400 °C以上），低压冷却更容易匹配氢气生产厂条件（多数热化学循环要求温度超过750 °C），比相似工作条件下的氦冷VHTR有更好的电能转换效率，属于被动安全系统，以及意外事故中更好的裂变产物保持能力。

液氟钍反应堆

富士反应堆為一種迷你熔盐堆是电功功率100MW_e的熔盐燃料钍燃料循环热增殖堆，采用与橡树岭国家实验室反应堆相类似的技术。它由日本、美国和俄罗斯联合开发。作为一个增殖堆，它将钍转换为核燃料。作为热谱反应堆，它的中子调节是固有安全的。与所有熔盐堆一样，它的堆芯是化学惰性的，工作在低压条件下，这可以防止爆炸和有毒物释放。一个全尺寸反应堆有望在20年内被开发出来， 但该项目似乎缺少资金支持。

参见

• 水均匀反应堆
• 第四代反應堆
• 一体化快堆
• 液态氟化钍反应堆
• 液态金属冷却反应堆
• 核动力飞机
• 核動力
• 钍燃料循环

延伸阅读

• Energy from Thorium's Document Repository （页面存档备份，存于互联网档案馆） Contains scanned versions of many of the U.S. government engineering reports, over ten thousand pages of construction and operation experience. This repository is the main reference for the aircraft reactor experiment and molten-salt fueled reactor's technical discussion.
• The First Nuclear Era : The Life and Times of a Technological Fixer by Alvin Martin Weinberg
• Bruce Hoglund's Eclectic Interests Home Page Nuclear Power, Thorium, Molten Salt reactors, etc.
• Generation IV International Forum MSR website
• INL MSR workshop summary
• Molten Salt Chemistry Plays a Prominant (sic) Role in Accelerator-Driven Transmutation Systems. （原始内容存档于2014年5月23日）. 
• Material Considerations for Molten Salt Accelerator-based Plutonium Conversion Systems J.H. Devan et al.

外部链接

• International Thorium Energy Organisation – www.IThEO.org
• Idaho National Laboratory Molten Salt Reactor Fact Sheet
• Energy from Thorium Blog / Website
• Google TechTalks – Liquid Fluoride Thorium Reactor: What Fusion Wanted To Be by Dr. Joe Bonometti NASA / Naval Postgraduate School YouTube
• Pebble Bed Advanced High Temperature Reactor
• Thorium Remix LFTR in 5 Minutes and other LFTR Documentaries.
• Kun Chen from Chinese Academy of Sciences on China Thorium Molten Salt Reactor TMSR Program
• Review of Molten Salt Reactor Technology