熔盐燃料反应堆是核裂变反应堆的一种，其主冷却剂是一种熔融态的混合盐，它可以在高温下工作时保持低蒸气压，从而降低机械应力，提高安全性，并且比熔融钠冷却剂活性低。可在反应堆运行过程中对核燃料进行在线处理和在线添加，不需要制作燃料棒，适合使用钍燃料。

典型的熔盐燃料反应堆[Molten-salt Fueled Reactor, MSFR]曾令许多核工程师激动。首推者是Alvin Weinberg，他取得了轻水反应堆的专利，并在美国橡树岭国家实验室担任主管。

在这里，两个概念得到了研究：具有高中子密度堆芯、燃烧从钍燃料循环中产生的铀233的“双流”反应堆，和吸收中子、并最终被转换为铀233的钍盐层。在双流方案被研发的时代，这个设计的弱点在于已知设计中复杂的管道工程，以及当时没有合适的管道材料。通常的钢镍合金或是吸收过多的中子，或是极易被腐蚀。石墨被认为过于脆，并且在强烈的中子辐照下会轻微地膨胀。锆对中子来说足够透明，但暴露在热氟盐中极易被腐蚀。

这两个问题随后被橡树岭国家实验室的研究人员解决。管道腐蚀问题通过在哈斯特洛合金-N中添加示踪级的钛而得到解决。

“双流”方案中的钍盐和铀盐通过工程师仔细地设计慢化棒的形状（使堆芯与增殖层的中子密度相似），并调整燃料后处理的化学工艺，便可以在更简单、造价更低廉但仍然有效的“单流”反应堆中共存。

Weinberg研究小组的有功率堆设计方案与前述用以验证“堆芯与增殖层”钍增殖堆中的超高温、高中子密度“堆芯”部分的MSRE类似。

熔盐燃料反应堆作为先进的第四代堆具有众多优势，主要有以下四方面。1

（1）氟化物熔盐作为冷却剂，与轻水堆和气冷堆的冷却剂水和氦气相比，具有热容量大、传热性能好、运行温度高和系统压力低等诸多优点，使得反应堆能够在高温常压下运行，既能获得更高的能量转换效率，又保证有更高的安全性。

（2）熔盐燃料反应堆有很高的本征安全性。熔盐燃料反应堆具有较高的负温度系数，且设计有安全阀门，当熔盐堆内熔盐温度超过预定值时，设在底部的冷冻阀将自动熔化，携带核燃料的熔盐随即全部流入应急储存罐，使核反应瞬间终止。

（3）采用液体燃料熔盐，无需其他反应堆所用的燃料元件。这不仅降低了研制费用，也避免了最为担心的燃 料元件破损或熔融引起安全的风险。

（4）无需停堆就能直接抽取或补充燃料，抽取的燃料进行在线处理后就能返回熔盐堆。其结果使得熔盐堆反应性控制更加方便，且避免了大量的燃料储备。

早在1954年美国橡树岭国家实验室（ORNL）建成了功率为2.5MWt的世界上第一个使用NaF-ZrF4 共晶盐为载体盐的熔盐燃料反应堆ARE。1960年ORNL开始建设功率为10MWt的熔盐燃料反应堆试验装置MSRE，该装置于1966年建成后分别用235U、233U及239Pu作为燃料进行了实验，运行时间长达4年。此后的数十年间，印度、日本、俄罗斯、法国、加拿大和捷克等先后开展熔盐堆的研究，并取得不同程度的进展，其中多个研究计划都把钍的使用作为熔盐堆应用的目标之一。2011 年钍基熔盐堆核能系统 TMSR项目获中国科学院批准，同年启动，引起国内外同行的瞩目。2012年12月美国DOE发 布了《先进反应堆概念技术评审报告》，对8种反应堆概念设计进行了技术评审，其中就包括 Flibe能源公司设计的40兆瓦的液态氟化钍反应堆。由此可见，熔盐反应堆，尤其是使用钍的熔盐反应堆已经成为第四代堆研制的热点之一。2

（1）首先是在熔盐和辐射的影响下，熔盐堆的管道材料Hastelloy-N合金金属特性下降问题，这涉及到核物理、化学、材料等诸多学科；

（2）此外，二回路系统的临界问题及石墨材料受到辐照后的稳定性也是摆在研究人员面前的障碍；

（3）而熔盐燃料中镧系和锕系元素的溶解性，热交换器中的金属团聚的问题、熔盐堆的燃料在线处理工艺亦是目前研究的主要技术难题。