釷基熔鹽堆 Th-Based Molten Salt Reactor (TSR) — 熔鹽燃料・釷燃料・被動安全 大二・核子工程教材 燃料轉換鏈・三級熱交換・離線再處理・被動安全 反應器系統架構 — 三級熱交換 + 離線再處理 + 被動安全 正常運轉 一級熱交換 — 燃料熔鹽(550–750°C) 二級熱交換 — NaK(400–550°C) 三級熱交換 — 水 / 蒸汽 離線化學再處理迴路 中子經濟(Th 循環) • 233U 裂變釋出約 2.5–3 個中子 • 1 個維持鏈式反應(K = 1) • 餘額把 232Th 轉成 233U(增殖) • 不生成大量 239Pu(低擴散風險) 凍塞 緊急貯槽(dump tank) 失電/失冷 → 鹽靠重力流入 爐心(K = 1 臨界) 232Th + 233U / FLiBe 載鹽 ≈700°C n n 離線化學再處理 除裂變氣・除雜質(getter bed) 熱交換器 一級 ↔ 二級熱交換 NaK 400–550°C NaK 回流 蒸汽產生器 水 → 蒸汽 蒸汽 蒸汽渦輪機 G 發電機 交流輸出(輸電網) 冷凝器 冷卻水 進/出 泵(一級循環) 750°C(爐心出口) 550°C(爐心入口) 釷燃料轉換鏈 232Th 為可生材料:吸收中子後經兩次 β⁻ 衰變轉為可裂變 233U 232 Th 可生材料 233 Th t½ = 22 分鐘 233 Pa t½ = 27 天 233 U 可裂變燃料(裂變・供能・增殖) 吸收 n β⁻・22 分 β⁻・27 天 n(增殖 > 1) 233U:裂變產能 + 中子,中子再轉 232Th — 自持循環 關鍵參數與特性(Th 循環) 燃料形態 熔鹽(燃料溶於 FLiBe/FLiNaK) 運轉溫度 約 550–750°C(載鹽熔點 ~460–550°C) 運轉壓力 近常壓 1–2 atm(無高壓系統) 燃料管理 離線再處理(持續移除裂變產物) 嬗變產物 233U(不生成大量 239Pu → 低擴散風險) 固有安全 失電/失冷 → 鹽凝固、衰變熱自然排出 長壽廢料 離線移除 → 降低長壽放射性廢料 代表設計 TMSR 2500 MWe 釷基熔鹽堆(中國) 被動安全演練 — 失電/失冷(無需外部能量,自動保護) 自動循環演示(20 秒) 泵停止,循環中斷 衰變熱累積,溫度上升 被動過程啟動 凍塞熔化 排水通道開啟 (被動,無需外部能量) 鹽流入貯槽 靠重力(不需泵) 爐心鹽位下降 凝固 鹽凝固,爐心溫度下降 衰變熱被動排出 → 系統安全 無需外部能量:全程依靠重力與自然導熱 — 系統自動達到安全狀態(爐心不損毀、無放射性釋放) 僅供教育用途:系統示意經簡化,非工程設計依據 | 釷基熔鹽堆(Th-Based Molten Salt Reactor)・大二核工教材