钍基熔盐堆（TMSR）以液态熔盐同时充当燃料与冷却剂，以钍-232 作为可转换燃料，在常压、低压、负温度反馈的固有安全性下实现铀-233 的高效裂变。它被认为是第四代核能系统六种候选堆型之一，也是解决铀资源与核废料问题的重要技术路线。
传统反应器用固体燃料棒 + 水冷却；熔盐堆把含有铀/钍的氟化盐熔成 650–750 ℃ 的液态，让它既是“燃料”又是“载热介质”。
铀以 UF₄、钍以 ThF₄ 形式溶解在 LiF-BeF₂-ZrF₄-UF₄ 等氟化盐中，700 ℃ 左右呈低粘度液体，可泵送、可在线处理，不存在堆芯熔毁概念。
熔盐沸点高达 ~1400 ℃，一回路几乎在常压下运行，无高压爆炸风险；出口温度可达 700 ℃ 以上，热电效率显著提升。
温度升高 → 熔盐膨胀、密度下降、中子泄漏增加 → 功率自动下降（负温度系数）。底部设有冻结阀，失电即自动卸料入应急罐。
钍本身不能直接裂变，它是一种“可转换材料”。吸收一个中子后经两次 β 衰变变为易裂变的铀-233：
铀-233 在热中子谱下的裂变截面大、每次裂变平均释放中子数 η≈2.28，因此理论上可在热堆中实现增殖。
熔盐堆最大的特点是燃料连续流动，因此可以在运行中不断把裂变产物“抽走”：
惰性气体（Xe、Kr）随气泡被吹出，稀土等中子毒物在线吸附分离，中子经济性远好于固态燃料堆。
点击方块查看各部件功能，切换回路观察一回路（燃料盐）、二回路（中间盐）、三回路（蒸汽动力）之间的热量传递与隔离。
从天然钍到裂变产能，再到新钍的补充，构成一个近乎闭式的增殖循环。
将 232Th 以 ThF₄ 形式补充进燃料盐，作为“肥料”。
堆芯热中子被钍俘获，生成 233Th。
依次衰变为 233Pa，再变为易裂变的 233U（约27天）。
233U 裂变释放 ~200 MeV 能量与 2~4 个中子，维持链式反应。
分离裂变产物、回收铀钍、去除毒物 → 回到第 1 步。
地壳中钍储量约为铀的 3~4 倍，且分布更广泛（印度、巴西、澳大利亚、中国等）。若配以增殖堆，可支撑数千年的能源需求。
在线去除裂变产物意味着长寿命次锕系核素产量大幅下降；钍循环产生的钚-239 远少于铀循环。
233U 伴随 232U，其衰变链产生高能 γ 射线，使材料难以被转用于武器。
数据为典型概念值，实际参数随具体设计而异。
| 指标 | 钍基熔盐堆 TMSR | 传统压水堆 PWR |
|---|---|---|
| 燃料形态 | 液态氟化盐（溶解燃料） | 固体 UO₂ 陶瓷芯块 |
| 一回路压力 | ≈ 0.5 MPa（近常压） | ~15.5 MPa（高压） |
| 冷却剂温度 | 出口 700 ℃+，盐沸点 ~1400 ℃ | ~345 ℃（需高压防沸腾） |
| 热效率 | 43% ~ 50% | ~33% |
| 钍资源利用 | 可增殖转换为 U-233 | 基本不用钍 |
| 废物体积/寿命 | 显著减少，长寿命核素↓ | 乏燃料含钚与次锕系 |
| 失事故响应 | 负温度系数 + 冻结阀自卸料 | 依赖能动安全系统 |
| 技术成熟度 | 实验堆阶段（MSRE 已验证） | 商业成熟，60+ 年运行史 |
拖动滑块，观察“负温度反馈”与控制棒价值等效应如何影响功率——这正是熔盐堆固有安全性的直观体现。
原理提示：插入控制棒 → 吸收中子 → k_eff < 1 → 功率下降；升高入口温度 → 熔盐密度下降、多普勒展宽 → 反应性下降 → 功率自动回落，无需人为干预。
熔盐堆在原理上优雅，但材料、化学与后处理仍是产业化必须跨越的门槛。
橡树岭国家实验室首次成功运行铀-235、铀-233、钚-238 三种燃料盐，验证了熔盐堆基本可行性。
中科院上海应用物理研究所在甘肃武威建成 2 MW 液态燃料钍基熔盐实验堆，2024 年实现满功率运行并网发电。
美国 Terrestrial Energy、英国 Moltex、加拿大 ThorCon 等多家企业推进熔盐堆商业化设计。