美國資深報業人士、能源專家、史蒂文斯理工學院榮譽工程博士盧埃林·金(Llewellyn King)前年四季度在《Forebes》網發文[1]，稱頌天堂技術(現為天堂工業)公司(Elysium Industries)推出的氯化物熔鹽快堆(MCSFR)設計，甚至說產生了“輕水反應堆已‘日暮途窮’”的感覺……

美國天堂工業公司提供的系列熔鹽堆核電裝置設計

如果你想設計一輛車，你會有一些常數，比如四個輪子。對于一輛汽車來說，你可以利用數百萬小時的設計時間，以及數萬億年的運行經驗。

但如你想設計一個核反應堆，這方面幾乎沒有任何限制。實際上，有許多令人難以置信的設計可能性。

數百種反應堆設計已經寫在紙上，恒定的很少。需要一種易裂變燃料，或帶有裂變“觸發器”的可增殖燃料元素，但除此之外沒有限制。關于反應堆設計的所有信息并不都是可以獲得的，因為要么是專利的，要么是機密的。

反應堆燃料、慢化劑、尺寸、運行特性都有廣泛的選擇。此外，每種反應堆類型，都有巨大的變化。選擇最佳的設計是個挑戰。

這個任務的特點，在某種程度上取決于選擇以及科學可行性。還有某些所謂的外部因素，即與發電的主要目的無關的因素。

這些措施包括在所有條件下的安全措施：地震、颶風和海嘯。反應堆還必須是防“擴散”的。如果出現什么問題，安全系統必須是“故障安全”型的。

在反應堆多年的發展中，有許多反應堆方面的想法。在我50多年參與的討論中，有個想法反復出現：熔鹽。

有許多消息靈通的核設計師相信，熔鹽是走過的路，而且仍然是前進的道路。關鍵在于另外的方面。

核能要反復思考

沒有人會爭論汽車的基本知識。關于核的一切都有待于科學辯論。而這種辯論則是核領域的永久特征：評估和重新評估。

熔鹽堆并不新鮮。20世紀50年代到70年代，在美國田納西州的橡樹嶺國家實驗室，對它們進行了明確的研究。那是反應堆設計的創造性時期，尤其是在實驗室天才、傳奇的負責人阿爾文·溫伯格(Alvin Weinberg)的領導下。我很幸運地認識了溫伯格。

但是，在能源部(DOE)之前的原子能委員會致力于建造輕水反應堆，這種反應堆的一個變體已為核海軍提供動力，另一變體在電力行業取得成功。

工業資金、公用事業需求和各種政策受政府影響。海曼·里克弗(Hyman Rickover)支持輕水，只支持輕水。他們擔心輕水，即這種成功且可行的技術，會因技術上相互競爭被削弱，其中包括熔融鹽。

這個核機構不想要免費的技術，而里克弗，這個核海軍專橫跋扈的前輩，我也很幸運地認識，可以影響對核的政治支持，這起源于原子能聯合委員會。這個委員會控制著核能在眾議院和參議院的命運，也是唯一有權提出立法的委員會，使其在國會歷史上具有獨特的影響力。

盡管如此，科學家和工程師們對沒有走的道路，說話含糊不清;科學犧牲在輕水祭壇上。

如今，有一種感覺，就是輕水反應堆已“日暮途窮”。有個活躍的企業家群體在推廣各種反應堆設計，特別是由于美國能源部為小型模塊化反應堆(SMR)提供了種子資金。這些“小兄弟”應該比它們的“老大哥”們更便宜、更靈活。

某些SMR設計是革命性的，比如比爾·蓋茨支持的行波反應堆。其他的設計，比如領先的NuScale反應堆，都是建立在輕水技術基礎上的。SMR的成本節約來自在現場之外的工廠制造這些新一代的反應堆。

但業內人士對這些說法表示懷疑：目前還沒有一個設計證實了它自己。

NuScale公司正在能源部的愛達荷泉現場建設它的模塊化SMR，有一份合同，將電力出售給一個農村電力合作社的聯合企業，其中兩個成員，最近由于成本螺旋上升的預測而退出。這就抑制了SMR的熱情，人們的注意力又回到1000 MWe及以上的大型反應堆上。

兩個企業家進場

在這場爭論中，有兩位企業家更新了熔鹽快堆(MSFR)設計。他們是卡爾·佩雷斯(Carl Perez)和艾德·菲爾(Ed Pheil)，他們是天堂工業公司的聯合所有者。

據佩雷斯和菲爾說，價格是一大“賣點”。他們的1200MWe的反應堆不承受高壓，但在高溫下運行，大幅降低了電廠輔助設施(BOP)如安全殼結構和燃料等的成本。

此外，也可能是決定性的銷售因素，因為它將是個含有熔鹽燃料的快堆，能用現代核電廠用過的核廢料(即乏燃料)做燃料，并隨著時間的推移，燃燒凈盡。快堆的中子無須慢化，不需要輕水堆必須的水那樣的“慢化劑”。

菲爾在海軍反應堆設計方面有30多年的經驗。他處理核科學和歷史，就像他是個量子計算機。問他一個關于核科學或相關化學的問題，就會引發信息“雪崩”。

佩雷斯是一個企業家，他的熱情與菲爾無窮無盡的知識相匹配。在我看來，他們一起組成了很棒的一對。如果你在推銷反應堆的概念，它們充滿激情，而且壓倒一切，這是必不可少的品質。

據佩雷斯和菲爾說，以下所列是他們的氯化物熔鹽快堆的主要賣點：

● 燃料來自武器和其他反應堆的“核廢料”

● 用空氣冷卻

● 提供工藝供熱

● 不停堆加注核燃料

● 反應堆、核燃料，以及其他設施的成本較低

● 無需建在大水源附近

● 以合理成本制氫的潛在能源

僅有700萬美元的初始資金來自有遠見的天使投資者。現在，佩雷斯告訴我，天堂工業公司的下一輪融資將使10 MWt的小型示范工程和許可成為可能，該廠的規模由美國核管會的“條列”決定。

能源部資助、GAIN(核加速創新網關)負責的中子物理學和燃料生產設計工作，已在阿貢國家實驗室(ANL)和愛達荷國家實驗室(INL)實施。

世界需要核能減少碳排放。對我來說，MCSFR的兩大優點是核廢料的價格和燃耗。它們是重大優點。

啟示

世界各核大國都在開發SMR和熔鹽堆。但最強勁的在北美，美國能源部著重開發的三種先進堆(熔鹽堆、高溫氦氣冷堆和鈉冷快堆)中，著重和引人關注的也是熔鹽堆。連比爾·蓋茨支持的泰拉能源公司，也把重點放在熔鹽氯化物快堆(MCFR)及其示范堆熔鹽氯化物反應堆實驗裝置(MCRE)上[2]，按照能源部的規劃，要在2027年建成調試。但其設計和技術參數，披露得不夠詳盡，不容置評。Elysium Industries公司的設計資料，自2015年開始，已兩次上報IAEA并公開發表[3,4]。

關于熔鹽堆的發展史，早有所聞，盧埃林·金所講的故事，也有不同的版本。但引起后人極大關注是確確實實的，甚至有人走上核能創新之路。我風聞“熔鹽堆”是60年在清華工程物理系學生時期，信息來自副系主任呂應中教授，現在的王大中院士，那時還是呂先生的同事，甚至學生。后來，直到文革中呂先生入獄，在獄中給周恩來總理寫信，提出中國應當開發熔鹽堆，甚至728工程起步，最初也曾有熔鹽堆方案，上海應用物理研究所也曾建成零功率裝置。但到2010年前后上海應用物理研究所再次研究熔鹽堆，并在甘肅武威沙漠地區建造釷基熔鹽堆實驗裝置，則體現了中國核科學技術人士的堅韌追求，需要有國家財政和科研技術界的強力支持……

資料與注釋

1 Llewellyn King, New Design Molten Salt Reactor Is Cheaper To Run, Consumes Nuclear Waste, Forebes, Oct 13, 2020

2 ANS, ARDP recipient Southern announces molten salt fast reactor demonstration plans, November 19, 2021

3 Molten Chloride Salt Fast Reactor MCSFR (Elysium Industries, USA) ，詳見IAEA, Advances in Small Modular Reactor Technology Developments (ARIS) 2020 Edition, P.279-282

4 Ed Pheil, Elysium Industries Thorium Energy Alliance-MCSFR, Elysium, March 2017