TMSR核能系統是指第四代裂變反應堆核能系統，是中科院未來10年先導研究專項之一。計畫至2020年之前建成2MW釷基熔鹽實驗堆，形成支撐未來TMSR核能系統發展的若干技術研發能力，並解決釷鈾燃料循環和釷基熔鹽堆相關重大技術挑戰，研製出工業示範級釷基熔鹽堆，實現針資源的有效使用和核能的綜合利用。
基本介紹
- 中文名：TMSR核能系統
- 外文名：TMSR nuclear energy system
- 類型：核能系統
- 地位：第四代裂變反應堆核能系統
- 領域： 能源
- 學科 ：核能
簡介,釷基核燃料,熔鹽堆,總結,
簡介
TMSR核能系統項目是中科院先導科技專項之一，其戰略性目標是研發第四代裂變反應堆核能系統(TMSR核能系統) TMSR核能系統包括:釷鈾核燃料的製備、熔鹽反應堆、釷基熔鹽堆燃料(廢料)的後處理。計畫通過20年左右的研究工作，解決釷鈾燃料循環和釷基熔鹽堆相關重大技術挑戰，研製出工業示範級TMSR，實現針資源的有效使用和核能的綜合利用。該項目分為3個階段:2011-2015年為起步階段;2016-2020年為突破階段;2020-2030年為發展階段，解決相關的科學問題，發展和掌握相關的核心技術，建成工業示範釷基熔鹽堆核能系統。
TMSR核能系統近期(至2020年之前)的科技目標由兩部分組成。一是建成2MW釷基熔鹽實驗堆，掌握相關的關鍵技術將分別建成:2MW固態釷基熔鹽堆(也稱為釷基球床型氟鹽冷卻高溫堆Th-U pebble-bed FHR)，實現改進的開環模式下的釷鈾燃料循環;2MW液態釷基熔鹽堆(Th-UMSR)，實現完全閉式的釷鈾燃料循環。二是形成支撐未來TMSR核能系統發展的若干技術研發能力(包括研究條件、關鍵技術和科技隊伍):TMSR設計和研發能力，熔鹽製備技術和迴路技術研發能力，釷鈾燃料的前道技術與後道技術研發能力，熔鹽堆用高溫材料的研發能力，熔鹽堆安全規範制定和許可證申辦能力;同時建設高溫電解制氫、二氧化碳加氫制甲醇、布雷頓循環前道及太陽能熔鹽集熱傳熱等多用途系統的實驗裝置。
釷基核燃料
裂變核能的燃料可分為鈾基和釷基兩類，目前的核電工業使用的燃料基本都是鈾基核燃料。由於能源需求的高速增長，對核燃料的需求越來越大，使釷基核燃料利用的重要性突顯，開發利用儲量大於鈾基核燃料的釷基核燃料越來越受到關注釷基核燃料中的釷類似於鈾一，首先要通過轉換或增殖才能作為裂變核能的燃料使用。人類嘗試過的使用釷基核燃料的反應堆有輕水堆、重水堆和球床式高溫氣冷堆，刀使用釷基核燃料與使用鈾基核燃料在技術上有相似之處，但不完全相同，具有一些獨特的優勢與挑戰。
釷基核燃料和鈾基核燃料利用的工作模式有開環模式和閉環模式。開環又稱一次通過，目前核能工業中的核燃料均採用開環模式，核燃料的利用率約為1 %-2%。閉環(閉式循環)又稱核燃料再循環，是通過乏燃料(使用過的核燃料)、核燃料的再製備和進堆使用，實現多次重複核燃料循環過程，理論上閉環模式下核燃料利用率約60核燃料不進行或部分進行後處理，實現多次使用是介於兩者之間的工作模式，稱為改進的開環模式，通過不停堆換料技術實現核燃料的深度燃耗，如球床氣冷堆和重水堆，均可大幅度提高核燃料的利用率(理論估計約為5%-10%)。
熔鹽堆
熔鹽堆是將核燃料融在用作冷卻劑的液態氟化鹽中的一種液態燃料堆。液態氟化鹽既用作冷卻劑，也用作核燃料的載體當冷卻劑流出反應堆芯時，可以利用乾法分離技術(將乏燃料融於液態熔鹽中，利用電化學等方式進行元素分離)實現同位素(包括增殖產物和裂變產物)的線上分離(或原位離線分離)。
熔鹽堆的概念在上世紀末和本世紀初受到科學界新的重視不僅被選為第四代反應堆的6個候選堆型(日本的Fuji-MSR, )，而且在傳統的熔鹽堆基礎上發展出多種不同的設計，以用於不同的目的。熔鹽堆可設計成熱中子堆，也可設計成快中子堆;專用於釷基核燃料循環的熔鹽堆也稱之為釷基熔鹽堆(或液態釷基熔鹽堆);加速器驅動次臨界堆技術的套用有可能降低線上分離的難度。這些設計包括法國的MSFR、俄羅斯的MOSART等。
核能的非電套用，就是將反應堆產生的高溫熱直接用於其他工業系統(如開採頁岩油)。核能的非電套用極大地擴大了核能的套用範疇，特別是通過高溫制氫，使其可以與傳統的化石能源結合，有助於大幅度減少二氧化碳的排放。甲醇經濟是這種結合的一個理想模式熔鹽堆良好的高溫特性使其成為核能非電套用主要候選者之一，FHRS的發展驅動力也正是核能的非電套用。
總結
在目前流行的固態燃料反應堆中，釷基核燃料大多只能採用一次通過的開環模式，核燃料的利用率有限。熔鹽堆加上乾法線上分離技術有可能實現釷基核燃料的閉環工作模式。而改進的開環模式則可以作為開環模式向閉環模式過渡的一種中間工作狀態。以球床型氟鹽冷卻高溫堆作為釷鈾燃料循環的起步，同時還可以兼顧核能的非電套用。採取“二步走”戰略發展釷鈾核燃料循環技術，即從改進的開環(固態釷基熔鹽堆)到完全閉環(液態釷基熔堆)，同時兼顧核能的非電套用是本專項的基本技術路線圖。
