美国资深报业人士、能源专家、史蒂文斯理工学院荣誉工程博士卢埃林·金(Llewellyn King)前年四季度在《Forebes》网发文[1]，称颂天堂技术(现为天堂工业)公司(Elysium Industries)推出的氯化物熔盐快堆(MCSFR)设计，甚至说产生了“轻水反应堆已‘日暮途穷’”的感觉……

美国天堂工业公司提供的系列熔盐堆核电装置设计

如果你想设计一辆车，你会有一些常数，比如四个轮子。对于一辆汽车来说，你可以利用数百万小时的设计时间，以及数万亿年的运行经验。

但如你想设计一个核反应堆，这方面几乎没有任何限制。实际上，有许多令人难以置信的设计可能性。

数百种反应堆设计已经写在纸上，恒定的很少。需要一种易裂变燃料，或带有裂变“触发器”的可增殖燃料元素，但除此之外没有限制。关于反应堆设计的所有信息并不都是可以获得的，因为要么是专利的，要么是机密的。

反应堆燃料、慢化剂、尺寸、运行特性都有广泛的选择。此外，每种反应堆类型，都有巨大的变化。选择最佳的设计是个挑战。

这个任务的特点，在某种程度上取决于选择以及科学可行性。还有某些所谓的外部因素，即与发电的主要目的无关的因素。

这些措施包括在所有条件下的安全措施：地震、飓风和海啸。反应堆还必须是防“扩散”的。如果出现什么问题，安全系统必须是“故障安全”型的。

在反应堆多年的发展中，有许多反应堆方面的想法。在我50多年参与的讨论中，有个想法反复出现：熔盐。

有许多消息灵通的核设计师相信，熔盐是走过的路，而且仍然是前进的道路。关键在于另外的方面。

核能要反复思考

没有人会争论汽车的基本知识。关于核的一切都有待于科学辩论。而这种辩论则是核领域的永久特征：评估和重新评估。

熔盐堆并不新鲜。20世纪50年代到70年代，在美国田纳西州的橡树岭国家实验室，对它们进行了明确的研究。那是反应堆设计的创造性时期，尤其是在实验室天才、传奇的负责人阿尔文·温伯格(Alvin Weinberg)的领导下。我很幸运地认识了温伯格。

但是，在能源部(DOE)之前的原子能委员会致力于建造轻水反应堆，这种反应堆的一个变体已为核海军提供动力，另一变体在电力行业取得成功。

工业资金、公用事业需求和各种政策受政府影响。海曼·里克弗(Hyman Rickover)支持轻水，只支持轻水。他们担心轻水，即这种成功且可行的技术，会因技术上相互竞争被削弱，其中包括熔融盐。

这个核机构不想要免费的技术，而里克弗，这个核海军专横跋扈的前辈，我也很幸运地认识，可以影响对核的政治支持，这起源于原子能联合委员会。这个委员会控制着核能在众议院和参议院的命运，也是唯一有权提出立法的委员会，使其在国会历史上具有独特的影响力。

尽管如此，科学家和工程师们对没有走的道路，说话含糊不清;科学牺牲在轻水祭坛上。

如今，有一种感觉，就是轻水反应堆已“日暮途穷”。有个活跃的企业家群体在推广各种反应堆设计，特别是由于美国能源部为小型模块化反应堆(SMR)提供了种子资金。这些“小兄弟”应该比它们的“老大哥”们更便宜、更灵活。

某些SMR设计是革命性的，比如比尔·盖茨支持的行波反应堆。其他的设计，比如领先的NuScale反应堆，都是建立在轻水技术基础上的。SMR的成本节约来自在现场之外的工厂制造这些新一代的反应堆。

但业内人士对这些说法表示怀疑：目前还没有一个设计证实了它自己。

NuScale公司正在能源部的爱达荷泉现场建设它的模块化SMR，有一份合同，将电力出售给一个农村电力合作社的联合企业，其中两个成员，最近由于成本螺旋上升的预测而退出。这就抑制了SMR的热情，人们的注意力又回到1000 MWe及以上的大型反应堆上。

两个企业家进场

在这场争论中，有两位企业家更新了熔盐快堆(MSFR)设计。他们是卡尔·佩雷斯(Carl Perez)和艾德·菲尔(Ed Pheil)，他们是天堂工业公司的联合所有者。

据佩雷斯和菲尔说，价格是一大“卖点”。他们的1200MWe的反应堆不承受高压，但在高温下运行，大幅降低了电厂辅助设施(BOP)如安全壳结构和燃料等的成本。

此外，也可能是决定性的销售因素，因为它将是个含有熔盐燃料的快堆，能用现代核电厂用过的核废料(即乏燃料)做燃料，并随着时间的推移，燃烧净尽。快堆的中子无须慢化，不需要轻水堆必须的水那样的“慢化剂”。

菲尔在海军反应堆设计方面有30多年的经验。他处理核科学和历史，就像他是个量子计算机。问他一个关于核科学或相关化学的问题，就会引发信息“雪崩”。

佩雷斯是一个企业家，他的热情与菲尔无穷无尽的知识相匹配。在我看来，他们一起组成了很棒的一对。如果你在推销反应堆的概念，它们充满激情，而且压倒一切，这是必不可少的品质。

据佩雷斯和菲尔说，以下所列是他们的氯化物熔盐快堆的主要卖点：

● 燃料来自武器和其他反应堆的“核废料”

● 用空气冷却

● 提供工艺供热

● 不停堆加注核燃料

● 反应堆、核燃料，以及其他设施的成本较低

● 无需建在大水源附近

● 以合理成本制氢的潜在能源

仅有700万美元的初始资金来自有远见的天使投资者。现在，佩雷斯告诉我，天堂工业公司的下一轮融资将使10 MWt的小型示范工程和许可成为可能，该厂的规模由美国核管会的“条列”决定。

能源部资助、GAIN(核加速创新网关)负责的中子物理学和燃料生产设计工作，已在阿贡国家实验室(ANL)和爱达荷国家实验室(INL)实施。

世界需要核能减少碳排放。对我来说，MCSFR的两大优点是核废料的价格和燃耗。它们是重大优点。

启示

世界各核大国都在开发SMR和熔盐堆。但最强劲的在北美，美国能源部着重开发的三种先进堆(熔盐堆、高温氦气冷堆和钠冷快堆)中，着重和引人关注的也是熔盐堆。连比尔·盖茨支持的泰拉能源公司，也把重点放在熔盐氯化物快堆(MCFR)及其示范堆熔盐氯化物反应堆实验装置(MCRE)上[2]，按照能源部的规划，要在2027年建成调试。但其设计和技术参数，披露得不够详尽，不容置评。Elysium Industries公司的设计资料，自2015年开始，已两次上报IAEA并公开发表[3,4]。

关于熔盐堆的发展史，早有所闻，卢埃林·金所讲的故事，也有不同的版本。但引起后人极大关注是确确实实的，甚至有人走上核能创新之路。我风闻“熔盐堆”是60年在清华工程物理系学生时期，信息来自副系主任吕应中教授，现在的王大中院士，那时还是吕先生的同事，甚至学生。后来，直到文革中吕先生入狱，在狱中给周恩来总理写信，提出中国应当开发熔盐堆，甚至728工程起步，最初也曾有熔盐堆方案，上海应用物理研究所也曾建成零功率装置。但到2010年前后上海应用物理研究所再次研究熔盐堆，并在甘肃武威沙漠地区建造钍基熔盐堆实验装置，则体现了中国核科学技术人士的坚韧追求，需要有国家财政和科研技术界的强力支持……

资料与注释

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) ，详见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