滿足2萬年能源要求！中國突破“無限能源”：建全球首座釷熔鹽堆

娛樂小龍王

2024-08-05 17:16河南

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第四代核電站2029年執行，採用釷基熔鹽反應堆設計，水不再做冷卻劑，成本降低，選址靈活。釷資源我國儲量豐富，具有競爭優勢。釷基熔鹽反應堆安全性高，核廢料少，有望替代傳統鈾基核電站。

摘要由作者透過智慧技術生成

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新一代核電廠，也就是第四代核反應堆即將問世

之前你是否聽說過任何重水反應堆或輕水反應堆，它們所使用的核燃料要麼是鈾，要麼是鈽。核電站應選址在水源豐富的地區，以便於為反應堆提供冷卻。

目前，隨著第四代核電站設計即將開工，前述核電站的典型特徵將在其身上完全消失。

新的核電站堆型究竟是什麼型別呢？未來的建築藍圖將呈現怎樣的佈局呢？

明年將開始建設，到2029年執行

第四代核電站採用熔鹽反應堆設計，採用釷作為核燃料，通常被稱為釷基熔鹽反應堆核電廠。明年將開始施工，預計在2029年完工並達到滿負荷運轉。

它具備以下幾個特徵：

水不再充當冷卻劑。過去的核電站需要大量水來為反應堆降溫，因此全球大部分核電站都設立在沿海地區。

新的反應堆中，水被高溫熔融鹽所替代，熔融鹽的特點是化學性質穩定，同時具有低壓力和高溫度。它還擁有較高的熱容等熱性質。

如此一來，反應堆的尺寸將大幅縮小，整體將變得更加輕便和緊湊，建設的費用也會顯著降低。特別是在當前模組化建設理念的背景下，整體工程的週期也會減少。

另一方面，由於不需要用水進行降溫，核電站的未來選址範圍得以拓寬。熔鹽反應堆可以在其他地方建設，也能夠在乾旱的內陸地區進行搭建，甚至還有可能在地下進行建造。

去年，我國在甘肅省民勤縣完成了一個試驗性的堆場，以便為未來的正式建設進行試運營研究。

多年間建造的核電廠，要麼使用鈾要麼採用鈽，隨著核電廠數量的增加，對鈾和鈽的依賴程度也在持續上升。

正好這兩種物質在地球上的存量都不多。相比之下，釷的存量超過了鈾，而且大部分的資源都蘊藏在我國的地下。

根據之前的公開資訊顯示，國內釷的儲存量是鈾的六倍，已知儲量估計約為28萬噸，位居全球第二。

換句話說，如果未來大規模應用釷作為核燃料，我國將擁有豐富的儲備，具備顯著的競爭優勢。

從其他方面來看，熔鹽反應堆在執行時不需要使用大量的水，其自身的溫度能夠超過700℃，高溫不僅可以用來發電，還可以直接轉化為工業熱源以供利用。

去年完成的設施是用於實驗研究的，而即將開始建設的專案預計在2029年達到滿負荷執行。換句話說，未來將於本世紀30年代開始使用新的核反應堆。

目前，這一程序的推動者是中國科學院上海應用物理研究所，去年在民勤縣建成的實驗堆型別的設施，建設與運營均由該機構負責。最近公佈的最新建設報告同樣是由該研究所釋出的。

需要指出的是，儘管這是新一代的核反應堆，各國對此的研究實際上已經進行了數十年。

沒有早點加以應用，主要是因為武器的適用性較低

幾千年來，人類一直在追求一種像太陽一樣恆定的熱源。從點火做飯到金屬冶煉，從掌握利用熱源煮水以驅動蒸汽機，到後來的利用熱源來推動發電機發電，人類對能源的渴求與日俱增。

進入20世紀30年代，研究人員終於在實驗中觀察到了核裂變的現象。這一里程碑特徵的發現者是德國科學家哈恩等人。

隨後，第二次世界大戰爆發，希特勒指示德國的科學家們對核裂變進行專項研究。命運使然，德國在戰敗之前始終未能將核裂變的巨大能量真正轉化為武器。

反而是美國和蘇聯佔得了先機，他們從德國獲取了大量的情報甚至科學家，而美國更是走在前頭，首先將原子彈投擲到日本。

這種武器化的核裂變反應所產生的巨大能量，正是由鈾和鈽所推動的。在廣島投下的原子彈採用的是鈾235，而長崎的原子彈則使用的是鈽239。

正是因為首次採用了這兩種核燃料，接下來的幾十年裡，人類對核能的利用基本上被限制在了這個領域。

事實是，除了鈾和鈽之外，釷也可以被利用。美國人在當時進行研究時，也對釷的性質進行了多種實驗。最初，軍方希望將釷的特性應用於飛機上。

日本投降後的第二年，美國空軍啟動了一項名為ARE的秘密計劃。它指的是航天器反應堆測試。

從名字上就能看出，那個時期的軍事部門希望將強大的核能應用於飛機的動力系統，而美國人更是渴望研發出能夠利用核動力的轟炸機。

這項研究採用的核燃料是釷。換句話說，這次是軍方首次關注並計劃使用釷。

隨後，相關的計劃延續了8年，橡樹嶺國家實驗室終於在1954年研發出了一種能夠為飛機提供動力的核反應堆，據稱其功率達到了2.5兆瓦。

儘管科學家們拼盡全力開發的產品，軍方後來卻選擇不再使用。由於20世紀50年代，基於德國的火箭技術，美國人漸漸掌握了洲際導彈的相關科技。

依靠普通燃料，可以使導彈的射程更長，作戰思想也隨之轉變，核動力轟炸機的研發因此暫停。釷作為核燃料，這也是人類首次將其擱置一旁。

在接下來的十多年，各國要麼專注於鈾和鈽作為基礎的核武器研究，要麼致力於更遠端導彈的開發，完全沒有重視釷。

直到20世紀60年代，核能在民用領域的各類研究才開始進行。1965年，美國的研究人員將以前構建的飛行器反應堆改造為8兆瓦的釷基熔鹽反應堆，並隨後進行了實驗性執行。

相關的研究大約進行了五到六年，當科學家們準備將釷基熔鹽反應堆推進到實用階段時，美國政府卻突然停止了資金的支援。

實際上，在20世紀70年代，美蘇冷戰正如火如荼，美國更傾向於將各種核能武器化。與鈾和鈽不同的是，釷難以製造出武器級別的核燃料。

在這樣的情況下，美國政府並不希望在這一領域耗費資金。就這樣，關於釷的應用在接下來的幾十年裡再也沒有引起過任何關注。

值得注意的是，除了美國之外，我國在上世紀70年代也開展過類似的研究。

728工程轉向

1970年2月8日，這一天標誌著728工程的正式開始。以上海原子核科學研究院為核心單位的機構，最初的研究物件是基於釷的熔融鹽反應堆。

根據當時的計劃，需建設一座功率為25兆瓦的試驗堆。由於多種原因，這項研究在兩年後終止了。

自1972年起，所有研究均轉向輕水反應堆。之後首個建設的秦山核電站一期的30萬千瓦壓水反應堆，就是在轉向後的研究成果的基礎上推進的。

換句話說，無論是在國內還是在國際，20世紀60年代和70年代的研究對釷的應用都沒有進行深入探討。這其中存在技術上的制約，同時也與當時的社會環境息息相關。

釷作為一種可以被利用的核燃料，此後近半個世紀的時間，一直沒有被重視。直到進入21世紀，各國開始研究新型核電反應堆時，釷基熔鹽反應堆這一久違的概念才再次引起了人們的關注。

關於釷基熔鹽反應堆的規劃

早在2011年，我國就已經重新啟動了相關研究。熔鹽反應堆重新受到青睞，釷作為核燃料也隨之受到關注。

依據之前的安排，甘肅的武威將成為未來的實驗和示範應用中心。打算在20年內，切實推動釷基熔鹽反應堆的實際應用。

不僅僅是在國內，國際上在這方面也進行了研究。擁有核能應用技術的國家，包括美國、法國、俄羅斯、日本和韓國，皆已釋出了相應的研究計劃。

具體而言，釷作為核能燃料的主要成分是釷232，儘管它並不作為直接的核燃料，且不易發生裂變反應，但在吸收慢中子後，釷232最終會轉變為鈾233，而鈾233則成為一種易於裂變的核燃料。

換句話說，未來核電站的進展將會逐步用釷替代長期以來使用的鈾。關鍵因素在於釷基熔鹽反應堆的安全性比較優越。

相對而言，安全性較高且核廢料產生較少

自從人類開始大規模使用核能進行發電以來，各種核洩漏事件層出不窮。從切爾諾貝利到最近的福島核電廠，一旦出現核洩漏事件，其後果將是持續不斷的。

熔鹽既能夠作為燃料，也能作為冷卻劑，當反應堆啟動時，無需壓力容器，這在成本和安全性方面都有明顯優勢。

反應堆自身無需燃料元件，因此不會出現堆芯融化的情況。熔鹽在不同環境溫度下能迅速固化，一系列的特性有助於減少核洩漏的風險。

從釷的視角來看，它的裂變能力相當有限，早在之前就未受到軍方的重視，因此沒有被用來製造核武器。這表示，未來採用釷作為核燃料能夠減少核擴散的風險。

釷做核燃料產生的核廢料，相比於現在廣泛應用的鈾235，產生的廢料只有後者的千分之一。處理核廢料的難題也顯著減少。

根據現有的計劃，預計到2030年左右，釷基熔鹽反應堆的核電站將會開始投入執行。這種型別的核電廠將會得到更廣泛的應用與發展，可能會逐漸替代傳統的鈾基燃料核電站。

我國的釷資源儲存量充足，分佈在20多個省份和自治區。例如，內蒙古的包頭地區，目前已確認的礦藏量超過了全國總量的80%。

或許唯一讓許多網民感到不悅的是，我國的資源儲備雖然可觀，但全球儲量最高的國家竟然是印度。

無論如何，核能的應用與研究在安全性方面將逐漸與效率相協調。隨著傳統能源逐漸減少，圍繞核能的各類研究，無論是技術還是方向，都會持續深入推進。

釷基熔鹽核反應堆正是未來新領域探索與發展的起點。