钍基熔盐堆是第四代核反应堆6种候选堆型之一。它在常压下运行，以地球上储量远超铀的钍元素为燃料，被部分核能研究者视为未来能源的重要选项。这项技术诞生于冷战时期的美国，沉寂了近半个世纪，又在一段鲜为人知的中美科技合作中重新启动。如今，中国建成了全球唯一运行的同类装置，而美国正试图追赶。
撰文 | 木木
2025年4月，物理学家徐洪杰在中国科学院上海分院的“报国讲坛”上做了一场报告。他介绍说，他的团队在甘肃武威建成的钍基熔盐实验堆已实现加钍运行，这是目前全球唯一在运行的同类装置。
徐洪杰用龟兔赛跑来比喻中美之间在这一领域的差距变化：“兔子总有犯错、偷懒的时候，这就是乌龟跑赢的机会。”他说，美国上世纪七十年代放弃了熔盐堆研究，并将所有研发资料公开，“有美国专家指出，当年放弃发展熔盐堆，是一个‘可原谅的错误’”。而中国团队就是那个“后来有缘人”，“把每篇文献都读透，还在实验室进行了复现”。
徐洪杰 | 图源：上海应物所
五个月后，2025年9月14日，徐洪杰在上海逝世，享年70岁。
同年12月，美国《纽约客》杂志发表了一篇长文，标题是“美国如何给了中国核电优势”（How America Gave China an Edge in Nuclear Power）。文章揭示了一段并未久远的历史：就在不到十年前，徐洪杰的团队还在与一批美国核科学家密切合作。
麻省理工学院（MIT）为中方辐照石墨样品，加州大学伯克利分校的核工程师飞往上海审查设计，橡树岭国家实验室（以下简称ORNL）与中国科学院上海应用物理研究所（以下简称SINAP）签署了合作研发协议。前述《纽约客》文章写道：“中国的熔盐堆，与其说是竞争的产物，不如说是合作的结果。”
这是一个跨越半个世纪、交织着合作与竞争的技术故事。
一项被搁置的技术
熔盐堆的概念最早诞生于1940年代末的美国。当时，美国空军要求开发一架核动力飞机，后来成为ORNL研究主任的Alvin Weinberg接下了任务。Weinberg本人并不认为核动力飞机真能飞起来，但他愿意试一试。他此前参与了曼哈顿计划中生产钚的反应堆开发，战后迁往田纳西州东部，主持ORNL的建设。对Weinberg来说，国家实验室的意义在于尝试“对私营企业来说太难或风险太大的事情”。
为了达到驱动喷气发动机所需的约1500华氏度高温，Weinberg的团队判断传统燃料棒无法承受，于是选用了氟化物盐。这种盐在约400摄氏度时熔化为液体，在超过1600度时仍保持稳定。将铀的氟化物混入其中，熔盐本身就可以充当燃料。
1954年11月，这套系统首次实现临界，运行中暴露出泄漏和放射性等问题，100小时后关停。但Weinberg获得了第二次机会——1960年代，美国原子能委员会准备大力发展增殖反应堆。
1965年，Weinberg团队将69公斤浓缩铀装入熔盐，启动了“熔盐堆实验”（Molten-Salt Reactor Experiment，简称MSRE）。这一次实验取得了成功，记录了超过1.3万小时的运行数据。
1964年，在橡树岭国家实验室，一名技术员正在准备用于熔盐堆实验（MSRE）的盐类 | 图源：橡树岭国家实验室
拜登政府核能助理部长 Katy Huff 对《纽约客》评价说：“他们做了当时能做的所有计算，来理解如何建造、运行和为这座反应堆装料。”这也表明MSRE证明了一件事：熔盐堆在技术上是可行的。
Weinberg希望从MSRE走向熔盐增殖堆，但1973年，尼克松政府砍掉了熔盐堆的联邦经费，转而全力押注钠冷快堆。到1983年，钠冷快堆项目也因预算超支而被终止，其中Heritage Foundation推动的保守派反弹起了关键作用。
与此同时，1979年三里岛核电站部分熔毁事件让公众对核能的态度急转直下。
由此，美国核工业进入长期萎缩。衡量这一衰落最直观的指标是许可证数量：从1954年到1978年，美国监管机构共颁发了133张民用核反应堆建设许可证。从1979年到2012年，这个数字是零。
Nathan Myhrvold是TerraPower（比尔·盖茨共同创办的核技术公司）的董事会成员，他对《纽约客》说：“自七十年代以来，核电几乎没有真正的工作。能源部还有一些研究项目，我不想怠慢任何参与其中的人。但他们停止建造电厂了。当你停止建造电厂，企业就很难有理由维持一支规模庞大的工程师队伍。”
“300万花了就花了”
《纽约客》的叙事从美国的MSRE开始，但这个故事还有另一条线索，起点在中国。
1970年春节，周恩来总理在北京听取上海市领导汇报，了解到上海缺电严重，工厂被迫减产。周恩来随即指示：“从长远来看，要解决上海和华东用电问题，要靠核电。”1970年2月8日，上海传达了这一指示，中国第一座核电站项目由此得名“728工程”。
728工程最初的技术目标是建造一座25兆瓦钍基熔盐堆，同样受到美国MSRE的启发。早在1965年，中国主管核工业的二机部就曾召开“钍的利用”专题会议，组织多家机构研究钍燃料反应堆。
1971年9月9日，周恩来总理主持中央专委会议，原则批准在安徽宁国县建设这座25兆瓦熔盐堆。同年9月13日，上海原子核研究所（SINAP的前身）建成石墨慢化熔盐冷态零功率堆，实现临界。
然而，当时中国的工业和科技水平无法支撑这一先进堆型。据728工程筹备处成员回忆，三年攻关未能突破关键瓶颈。当团队向周总理汇报研究已花费300万元时，总理说：“300万花了就花了，就当做是教训费了。”
728工程此后转向压水堆路线，经过多次选址变更，项目最终落定浙江秦山。1991年12月15日，秦山核电站并网发电，中国成为世界上第七个自主设计建造核电站的国家。
在728工程转向后，熔盐堆的主路线被搁置了，但相关研究并未完全中断。物理学家张家骅仍在上海原子核研究所坚持钍燃料循环研究近20年，积累了大量理论数据。
2009年，上海光源刚竣工，中科院从国家战略需求出发，决定发展先进裂变核能。徐洪杰从上海光源项目转向领衔钍基熔盐堆研究。“既然国家需要，我必竭尽所能。”他说。
2009年底，上海应物所正式提出研制钍基熔盐堆的设想。对徐洪杰来说，这又是一场几乎“从零开始”的拓荒。
从周总理的指示到徐洪杰接过接力棒，中间隔了将近40年。
“如果中国人在做，那它就值得关注”
徐洪杰重启熔盐堆研究的时间，恰好与新一轮中美核能合作升温大致同步。
据《纽约客》报道，2011年，美国能源部与中国科学院签署了一份核能合作谅解备忘录。这份备忘录建立在2006年的一项更早协议之上，后者为美国核能企业向中国出售反应堆铺平了道路。
合作的具体面貌，可以从一段录像中看到。2012年8月，SINAP派研究人员Kun Chen到加州大学伯克利分校做了一次展示。Chen当时三十多岁，在印第安纳大学获得博士学位。有人问预算多少，Chen回答大约3.5亿美元，分5年投入。另一个人问SINAP打算从哪里获取熔盐，因为据了解世界上没有设施能生产它，而Chen回答说中国有好几个这样的设施。
Chen对《纽约客》表示，与美国同行的交流对中国项目推进非常有帮助。“从一开始，我们自己都不相信能走到这么远。”他估计2011年全世界认真研究将熔盐用于裂变反应堆的人只有三四十个，与其中一些美国研究者建立联系，让这个项目看起来变得可行了。
MIT研究科学家Charles Forsberg是较早与SINAP团队建立联系的美方学者之一。Forsberg曾在ORNL工作，2002年与加州大学伯克利分校核工程教授Per Peterson、桑迪亚国家实验室的Paul Pickard一起，提出了“氟盐冷却高温堆”（Fluoride salt-cooled High-temperature Reactor，简称FHR）的概念。Forsberg谈到与中国合作的逻辑：“如果中国人在做，那它一定值得关注。”
到2015年，双方合作更进一步。SINAP与ORNL签署了一份合作研发协议（Cooperative Research and Development Agreement，简称CRADA），据Kun Chen的说法，中方为此支付了约400万美元。ORNL的首席研究员David Holcomb当时接受MIT Technology Review采访时解释了动机：“要认识到一件重要的事，熔盐堆的一些关键人物正在飞速退休或去世。中国提供的资金让我们能够转移这些知识，获得建造和运行这些反应堆的实际经验。”
从一开始，美方就认为中国会是第一个建成熔盐堆的国家，毕竟花钱做这件事的是中国。美国国内有一些熔盐研究经费，但远不够用，这也是ORNL的研究人员愿意接受中方支持的原因。Holcomb在当时的一次会议上说：“预算就是那么多。”
但这段合作关系很快就被切断了。特朗普2016年当选总统后，美国能源部切断了与SINAP的联系，并威胁吊销向中国出口核技术的美国公司的执照。到2018年，美国已从几乎所有对华核能合作中撤出。
Kun Chen表示：“我不能说完全出乎意料。”他和SINAP团队预判过特朗普上台后关系可能会恶化，“但它发生得太突然了。”
一位美国核能公司的高管匿名对《纽约客》记者说：“如果你报道那个合作协议，新政府会把所有人当作邪恶的合作者开除。”文章特意注明，他是半开玩笑地说。
当《纽约客》联系ORNL采访时，媒体关系经理回复，“我们这次没法帮你”，后来又试图淡化ORNL与SINAP的合作程度。Idaho国家实验室和Los Alamos也在简短沟通后停止了回复。
前述文章中写道，Holcomb在2015年所说的共同利益和开放科学，已被地缘战略影响力和国家安全等新表述取代。“这些口号被共和党和民主党同时采纳，试图借助民族主义重振一个经历了数十年萎缩的产业。”
不发论文，不报奖项，埋头八年
中美合作切断后，项目此后主要由中方独立推进。《纽约客》记者问Kun Chen独立后是否遇到挑战，Chen回答说最大的问题“首先是有没有钱”。
但资金并不构成障碍，中科院每年都在追加TMSR项目的拨款。到2018年，中国承诺在未来20年投入30亿美元用于熔盐堆研究。
实验堆最终建在甘肃武威的戈壁荒漠。“做核的人，要有一个自觉。”徐洪杰曾说，尽管熔盐堆的安全性远超现有技术，甚至可以建在人口稠密的城市，“但在研发阶段，还是应该自觉去人烟稀少的地方。”
据《文汇报》报道，在武威的这支团队“不发论文，也不申请任何奖项，埋头八年多”。工程建设阶段，不少科研人员一年离家200多天，最多的达300多天。整个占地千亩的园区，唯一新建的生活设施只有一间食堂。
2023年10月11日11点08分，2兆瓦热功率液态燃料钍基熔盐实验堆（TMSR-LF1）首次临界。
2024年6月17日10点12分，首次达到满功率运行。徐洪杰在“报国讲坛”上提到，57年前的6月17日，正是中国第一枚氢弹爆炸成功的日子。“团队可能是在冥冥中传承着报国与奉献的两弹一星精神。”
2025年11月，SINAP宣布首次实现钍铀核燃料转换，在国际上首次获取钍入熔盐堆运行后实验数据，初步证明了熔盐堆核能系统利用钍资源的技术可行性。不过从实验堆到商业化应用，仍需攻克一系列技术难关。
2025年10月24日，在甘肃省民勤县航拍的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆厂房 | 图源：新华社
据《中国科学报》报道，实验堆关键核心设备100%国产化，整体国产化率超过90%。徐洪杰早在2016年就成立公司布局产业化，当时反应堆尚未选址，很多人不理解。他的学生、上海应物所主管戴彬彬事后评价：“如果当时没有考虑成果转化，后来实验堆建设期间，可能就会面临关键材料、设备供应链跟不上的难题。”
美国重返赛道
在中国独立推进TMSR的同时，美国先进核能领域也开始重新活跃起来。
据《纽约客》报道，2012年8月那场在加州大学伯克利分校的展示会上，在场为数不多的一位年轻人向Kun Chen提了一个问题：建造盐冷却堆“需要克服的最大挑战或障碍是什么”。提问者是Mike Laufer，他后来联合创办了Kairos Power，一家试图将FHR技术商业化的核能公司。FHR的另一位设计者Per Peterson也是Kairos的联合创始人。
Kairos Power在发展过程中，也受益于当年中美合作的遗产。SINAP出资在ORNL建造的熔盐回路产出了一份熔盐泵报告，据报道，这份报告“与Kairos早期优先事项吻合”。在特朗普政府终止对华核能合作后的几年里，几乎没有什么能替代中国在美国核工业中的投入，但大规模的公共支出最终开始到来，私人投资也在增长。2020年，Kairos获得了美国能源部最高3.03亿美元的资助。
2024年7月，Kairos在橡树岭的Hermes示范堆破土动工。这是美国50多年来批准建造的第一座非轻水反应堆。2025年5月，核安全相关建设正式启动。Kairos的目标是在2027年实现运行。
同年10月，Google与Kairos签署了一份购电协议，承诺到2035年从6至7座反应堆购买最多500兆瓦清洁电力，以满足其不断增长的数据中心电力需求。
2026年3月4日，美国核管理委员会（NRC）向TerraPower颁发了Natrium钠冷快堆的建设许可，这是近十年来美国首个商用反应堆建设审批，也是40多年来第一个非轻水商用堆许可。美国能源部与TerraPower签订了20亿美元的成本分担协议。
在政策层面，特朗普于2025年5月23日签署4项核能行政令，其中包括将美国核电装机从约100吉瓦提升至2050年的400吉瓦，以及要求3座先导堆在2026年7月4日前实现临界。
一场尚无终局的竞赛
熔盐堆是第四代核反应堆技术（Generation IV）六种候选堆型之一。截至2026年初，全球已运行的Gen-IV级反应堆中，中国已有三个投入运行：钠冷快堆CFR-600、超高温气冷堆HTR-PM（2023年12月进入商业运行，为全球首个Gen-IV商用堆）和钍基熔盐堆TMSR-LF1（全球唯一运行的液态燃料熔盐堆）。
全球核能也正在经历一轮复兴。2023年12月COP28气候大会上，25个国家发起宣言，承诺到2050年将全球核电装机翻三倍。国际能源署（IEA）2025年报告称，核能的强劲复苏正在全面展开。但报告同时指出一个事实：2017年以来全球开工建设的52座反应堆中，25座为中国设计，23座为俄罗斯设计。
钍资源的分布赋予了这场竞赛另一层含义。钍在地壳中的丰度约为铀的3至4倍，全球已探明钍资源总量约635.5万吨。多位中国能源分析人士估算，中国目前超过80%的铀供应依赖进口，而中国的钍资源主要集中在内蒙古白云鄂博矿区，与稀土开采伴生。徐洪杰曾介绍，中国是一个富钍的国家，钍资源可供核能发电用上几万年，“如果钍基熔盐堆能够推广，有望助力我国实现能源独立。”
如今，ORNL原首席研究员Holcomb已离开国家实验室系统，进入私营部门。
据《中国科学报》报道，2020年的一天，徐洪杰路过上海应物所在市中心的一处驻地，与上海应物所原后勤服务中心主任朱彬华一起吃饭。聊天中，徐洪杰畅想了这块地方的未来。他设想把这里改造成一个供潜在合作方参观的展厅，以及一个基于钍基熔盐堆的碳汇交易大厅，在政府、科研机构和企业的共同努力下解决国家的能源问题。
“他说这些的时候很开心，像个孩子。”朱彬华回忆说。
但是徐洪杰没有等到那一天。2025年9月，他在上海逝世，他留下的那座实验堆仍在甘肃武威的戈壁荒漠上运行；而在田纳西州橡树岭，Kairos Power的Hermes示范堆也在施工。半个世纪前Weinberg团队点燃的那把火，如今仍在太平洋两岸燃烧。
参考资料
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[3] 江庆龄. 他论文不多，却撑起两大"国之重器"的产业化蓝图. 中国科学报.https://www.cas.cn/cm/202512/t20251226_5093804.shtml
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[7] 中国首个核电工程从想象变成现实. 澎湃新闻.https://m.thepaper.cn/baijiahao_21847110
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[20] International Energy Agency. The Path to a New Era for Nuclear Energy. https://www.iea.org/reports/the-path-to-a-new-era-for-nuclear-energy
[21] U.S. Department of Energy. COP28: Countries Launch Declaration to Triple Nuclear Energy Capacity by 2050. https://www.energy.gov/articles/cop28-countries-launch-declaration-triple-nuclear-energy-capacity-2050-recognizing-key
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