熔盐堆核燃料后处理过程中分离去除裂变产物，回收载体熔盐，既可减少废物量，又有利于实现有用物质的循环利用。采用水合硫化钠（Na₂S?5H₂O）作为沉淀剂，研究了LiF-BeF₂熔体中研究了氟化稀土（Ce、Nd、Sm、Eu、Y、Yb）以及氟化钍的高温沉淀反应，比较了不同条件下稀土的去除率。研究表明：600 °C、稀土与沉淀剂的比例为1∶2时，稀土的去除率均低于90%。为进一步提高去除率，采用沉淀-蒸馏联合的方法，沉淀后的混合盐继续升温至950 °C，压力10 Pa的真空条件下蒸馏20 min，冷凝收集盐中稀土Nd的含量降低至1.39×10^-4 g?g^-1，Nd的去除率提高至99.6%，同时氧、硫的含量分别为8.5×10^-5 g?g^-1、1.50×10^-4 g?g^-1。进一步利用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）、能量色谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）等手段分析沉淀物的组成，确定沉淀物主要为稀土硫化物及稀土硫氧化物。研究表明，硫化物沉淀法从废熔盐中分离稀土具有可行性，采用沉淀-蒸馏联合处理获得稀土99%以上的分离效率，这为纯化废盐、实现熔盐的重复利用提供参考。

相较于传统固相烧结方法, 熔盐在较低的温度下提供了快速的传质和成核过程, 可合成用于固化高放废物(HLW)的陶瓷固化体。本工作采用熔盐法(MSS)在不同烧结温度(1100、1200、1300、1400、1500 ℃)和不同烧结时间(3、6、9、12、15 h)下制备了掺Nd的锆石(ZrSiO₄)陶瓷(Zr_1-xNd_xSiO_4-x/2 (0≤x≤0.1)), 并采用静态浸出试验(PCT)研究掺Nd的ZrSiO₄陶瓷在模拟地质处置环境下的化学稳定性。在熔盐与氧化物最佳摩尔比为10 : 1、烧结温度为1200 ℃、烧结时间为6 h的较温和条件下, 利用熔盐法成功合成了Zr_1-xNd_xSiO_4-x/2, 可将Nd在ZrSiO₄中的固溶摩尔分数提高到8%, 结果显示MSS法能够降低陶瓷合成温度, 缩短合成时间, 提高固溶量。ZrSiO₄陶瓷对三价锕系核素的固化机理为晶格固化。浸出实验结果显示, Nd的归一化浸出率（LR_Nd）低至~10^-5 g·m^-2·d^-1。浸出前后ZrSiO₄陶瓷未发生物相演变, 展现出较好的结构稳定性。浸出模型显示Nd浸出归因于陶瓷表面层发生溶解。研究结果表明, MSS法是一种高效的合成陶瓷固化体的手段。

熔盐堆作为第四代先进核能系统之一，在安全性、经济性、防核扩散和可持续性等方面具有独特的优势。为了保障熔盐堆运行安全，需要快速、准确地识别瞬态工况，目前的瞬态识别方法主要依赖于操作员人工识别，这会引入较大的人为因素，严重影响核电安全。为了减少熔盐堆系统瞬态识别过程中引入的人为因素，提高熔盐堆运行安全，使用RELAP5-TMSR程序对美国橡树岭国家实验室建造运行的熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）的瞬态工况进行建模与仿真，产生数据集，基于K近邻（K-Nearest Neighbor，KNN）机器学习方法，建立了熔盐堆系统瞬态识别模型，并对识别模型在噪声下的鲁棒性进行了分析和优化。结果显示：基于KNN方法建立的熔盐堆系统瞬态识别模型在测试集上的F1分数达到99.99%；在噪声下的识别F1分数达到94.32%，具有较高的鲁棒性；进一步优化后的熔盐堆系统瞬态识别模型在噪声下的F1分数达到99.73%，能较为准确地识别MSRE的瞬态工况，满足熔盐堆系统瞬态识别需求。基于KNN方法的熔盐堆系统瞬态识别模型能够有效识别系统瞬态工况，可应用于熔盐堆智能运维，确保熔盐堆运行安全。

核电仿真技术被广泛地应用于反应堆设计、安全分析、独立安全评价、事故缓解措施、控制与保护系统设计与优化、先进主控室设计验证、操作员培训等方面的研究，有效地提高了核电厂的安全性和经济性。为满足液态燃料熔盐堆实时建模与仿真需求，基于实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System，EPICS）的开源、开放式架构，集成了具备实时动态交互功能的液态燃料熔盐堆系统分析程序RELAP5-TMSR和图形化人机交互界面模块，扩展了可视化控制与保护系统模块，开发了适用于液态燃料熔盐堆的开放式实时建模与仿真平台ThorTypography。以熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）的启泵、停泵、自然循环和反应性引入实验作为基准题，对ThorTypography平台开展了正确性验证和实时性测试。验证和测试结果表明：ThorTypography实时建模与仿真平台的计算结果和RELAP5-TMSR独立计算结果基本一致，均与MSRE实验数据符合较好；实时性测试数据显示，平台具有良好的实时性能。ThorTypography适用于液态燃料熔盐堆系统实时建模与仿真，能够为熔盐堆设计、运行和安全分析提供有效的支持。

氟锂铍（FLiBe）熔盐作为液态熔盐堆的冷却剂和载体盐，具有一定的慢化性能，其热中子散射数据影响熔盐堆的中子学性能，进而影响熔盐堆物理设计和安全运行。基于通用蒙特卡罗粒子输运程序分析了液态FLiBe熔盐的热中子散射数据对65 MW熔盐堆堆芯中子能谱、不同能谱下有效增殖因数k_eff、核素反应率、温度反应性系数等中子学性能的影响。研究结果表明：考虑FLiBe熔盐热散射效应，堆芯中子能谱变硬，导致²³⁵U裂变反应率和k_eff变小，燃料的温度反应性系数中多普勒系数减小0.28×10^-5 K^-1，而密度反应性系数几乎无变化。当堆芯由热谱转变为相对较快的中子能谱时，FLiBe熔盐热散射效应导致²³⁵U裂变率减少的变化量降低，k_eff的下降幅度从9.2×10^-4变为2×10^-4。因此，熔盐堆堆芯物理计算需开展FLiBe熔盐的热中子散射数据影响的量化。

熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一，以高沸点熔盐为核燃料熔融载体，具有高温输出、常压操作等特点。而基于温差发电的热管熔盐堆，兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势，具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点，在能源系统领域具有极大的优势，是外太空及深海探测任务的理想能源。但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段的温差发电传热设计带来了难题。针对该堆型设计需求，本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析。堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计，整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合，形成从下至上的第1层至第N层热段套；冷端座套置于热端座外，内设冷端热管通道；热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片，发电片间隙采用保温棉减少漏热。采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的4层塔式温差发电系统传热仿真模拟，分析表明：系统运行的高温热管最高温度为696 ℃时，整体塔座温度分布均匀，热量有效利用率大于96%，系统漏热量小于4%，发电片两侧温差大于490 ℃，利于提高热电转换效率，设计具有可行性，有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用。

作为核能创新技术，高温熔盐屏蔽泵（简称熔盐屏蔽泵）可用于第四代熔盐反应堆，通过水力优化设计提升泵的水力性能对第四代核电技术的发展有重要意义。本文利用ANSYS CFX软件对熔盐屏蔽泵进行数值模拟，基于响应面法（Response Surface Methodology，RSM）建立了显著参数与优化目标之间的近似模型，以效率和扬程为优化目标，通过第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ，NSGA-Ⅱ）分别对熔盐屏蔽泵开展熔盐和水工质下的水力优化设计。结果表明：相比于水工质，熔盐工质下泵的优化空间更大；两种工质下的优化模型效率相同时，熔盐优化模型叶轮进口直径和叶片出口安放角较小，叶轮出口宽度和导叶喉部平面宽度较大；与初始模型相比，熔盐优化模型效率提高了1.26%，扬程提高了1.40%，水优化模型效率提高了0.92%，扬程降低了0.64%。研究成果可用于指导熔盐屏蔽泵的水力结构设计。