胡宇伦 满足2万年能源要求！中国突破“无限能源”

满足2万年能源要求！中国突破“无限能源”：建全球首座钍熔盐堆

娱乐小龙王

2024-08-0517:16河南

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第四代核电站2029年运行，采用钍基熔盐反应堆设计，水不再做冷却剂，成本降低，选址灵活。钍资源我国储量丰富，具有竞争优势。钍基熔盐反应堆安全性高，核废料少，有望替代传统铀基核电站。

摘要由作者通过智能技术生成

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新一代核电厂，也就是第四代核反应堆即将问世

之前你是否听说过任何重水反应堆或轻水反应堆，它们所使用的核燃料要么是铀，要么是钚。核电站应选址在水源丰富的地区，以便于为反应堆提供冷却。

目前，随着第四代核电站设计即将开工，前述核电站的典型特征将在其身上完全消失。

新的核电站堆型究竟是什么类型呢？未来的建筑蓝图将呈现怎样的布局呢？

明年将开始建设，到2029年运行

第四代核电站采用熔盐反应堆设计，采用钍作为核燃料，通常被称为钍基熔盐反应堆核电厂。明年将开始施工，预计在2029年完工并达到满负荷运转。

它具备以下几个特征：

水不再充当冷却剂。过去的核电站需要大量水来为反应堆降温，因此全球大部分核电站都设立在沿海地区。

新的反应堆中，水被高温熔融盐所替代，熔融盐的特点是化学性质稳定，同时具有低压力和高温度。它还拥有较高的热容等热性质。

如此一来，反应堆的尺寸将大幅缩小，整体将变得更加轻便和紧凑，建设的费用也会显着降低。特别是在当前模块化建设理念的背景下，整体工程的周期也会减少。

另一方面，由于不需要用水进行降温，核电站的未来选址范围得以拓宽。熔盐反应堆可以在其他地方建设，也能够在干旱的内陆地区进行搭建，甚至还有可能在地下进行建造。

去年，我国在甘肃省民勤县完成了一个试验性的堆场，以便为未来的正式建设进行试运营研究。

多年间建造的核电厂，要么使用铀要么采用钚，随着核电厂数量的增加，对铀和钚的依赖程度也在持续上升。

正好这两种物质在地球上的存量都不多。相比之下，钍的存量超过了铀，而且大部分的资源都蕴藏在我国的地下。

根据之前的公开信息显示，国内钍的储存量是铀的六倍，已知储量估计约为28万吨，位居全球第二。

换句话说，如果未来大规模应用钍作为核燃料，我国将拥有丰富的储备，具备显着的竞争优势。

从其他方面来看，熔盐反应堆在运行时不需要使用大量的水，其自身的温度能够超过700℃，高温不仅可以用来发电，还可以直接转化为工业热源以供利用。

去年完成的设施是用于实验研究的，而即将开始建设的项目预计在2029年达到满负荷运行。换句话说，未来将于本世纪30年代开始使用新的核反应堆。

目前，这一进程的推动者是中国科学院上海应用物理研究所，去年在民勤县建成的实验堆类型的设施，建设与运营均由该机构负责。最近公布的最新建设报告同样是由该研究所发布的。

需要指出的是，尽管这是新一代的核反应堆，各国对此的研究实际上已经进行了数十年。

没有早点加以应用，主要是因为武器的适用性较低

几千年来，人类一直在追求一种像太阳一样恒定的热源。从点火做饭到金属冶炼，从掌握利用热源煮水以驱动蒸汽机，到后来的利用热源来推动发电机发电，人类对能源的渴求与日俱增。

进入20世纪30年代，研究人员终于在实验中观察到了核裂变的现象。这一里程碑特征的发现者是德国科学家哈恩等人。

随后，第二次世界大战爆发，希特勒指示德国的科学家们对核裂变进行专项研究。命运使然，德国在战败之前始终未能将核裂变的巨大能量真正转化为武器。

反而是美国和苏联占得了先机，他们从德国获取了大量的情报甚至科学家，而美国更是走在前头，首先将原子弹投掷到日本。

这种武器化的核裂变反应所产生的巨大能量，正是由铀和钚所推动的。在广岛投下的原子弹采用的是铀235，而长崎的原子弹则使用的是钚239。

正是因为首次采用了这两种核燃料，接下来的几十年里，人类对核能的利用基本上被限制在了这个领域。

事实是，除了铀和钚之外，钍也可以被利用。美国人在当时进行研究时，也对钍的性质进行了多种实验。最初，军方希望将钍的特性应用于飞机上。

日本投降后的第二年，美国空军启动了一项名为ARE的秘密计划。它指的是航天器反应堆测试。

从名字上就能看出，那个时期的军事部门希望将强大的核能应用于飞机的动力系统，而美国人更是渴望研发出能够利用核动力的轰炸机。

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这项研究采用的核燃料是钍。换句话说，这次是军方首次关注并计划使用钍。

随后，相关的计划延续了8年，橡树岭国家实验室终于在1954年研发出了一种能够为飞机提供动力的核反应堆，据称其功率达到了2.5兆瓦。

尽管科学家们拼尽全力开发的产品，军方后来却选择不再使用。由于20世纪50年代，基于德国的火箭技术，美国人渐渐掌握了洲际导弹的相关科技。

依靠普通燃料，可以使导弹的射程更长，作战思想也随之转变，核动力轰炸机的研发因此暂停。钍作为核燃料，这也是人类首次将其搁置一旁。

在接下来的十多年，各国要么专注于铀和钚作为基础的核武器研究，要么致力于更远程导弹的开发，完全没有重视钍。

直到20世纪60年代，核能在民用领域的各类研究才开始进行。1965年，美国的研究人员将以前构建的飞行器反应堆改造为8兆瓦的钍基熔盐反应堆，并随后进行了实验性运行。

相关的研究大约进行了五到六年，当科学家们准备将钍基熔盐反应堆推进到实用阶段时，美国政府却突然停止了资金的支持。

实际上，在20世纪70年代，美苏冷战正如火如荼，美国更倾向于将各种核能武器化。与铀和钚不同的是，钍难以制造出武器级别的核燃料。

在这样的情况下，美国政府并不希望在这一领域耗费资金。就这样，关于钍的应用在接下来的几十年里再也没有引起过任何关注。

值得注意的是，除了美国之外，我国在上世纪70年代也开展过类似的研究。

728工程转向

1970年2月8日，这一天标志着728工程的正式开始。以上海原子核科学研究院为核心单位的机构，最初的研究对象是基于钍的熔融盐反应堆。

根据当时的计划，需建设一座功率为25兆瓦的试验堆。由于多种原因，这项研究在两年后终止了。

自1972年起，所有研究均转向轻水反应堆。之后首个建设的秦山核电站一期的30万千瓦压水反应堆，就是在转向后的研究成果的基础上推进的。

换句话说，无论是在国内还是在国际，20世纪60年代和70年代的研究对钍的应用都没有进行深入探讨。这其中存在技术上的制约，同时也与当时的社会环境息息相关。

钍作为一种可以被利用的核燃料，此后近半个世纪的时间，一直没有被重视。直到进入21世纪，各国开始研究新型核电反应堆时，钍基熔盐反应堆这一久违的概念才再次引起了人们的关注。

关于钍基熔盐反应堆的规划

早在2011年，我国就已经重新启动了相关研究。熔盐反应堆重新受到青睐，钍作为核燃料也随之受到关注。

依据之前的安排，甘肃的武威将成为未来的实验和示范应用中心。打算在20年内，切实推动钍基熔盐反应堆的实际应用。

不仅仅是在国内，国际上在这方面也进行了研究。拥有核能应用技术的国家，包括美国、法国、俄罗斯、日本和韩国，皆已发布了相应的研究计划。

具体而言，钍作为核能燃料的主要成分是钍232，尽管它并不作为直接的核燃料，且不易发生裂变反应，但在吸收慢中子后，钍232最终会转变为铀233，而铀233则成为一种易于裂变的核燃料。

换句话说，未来核电站的进展将会逐步用钍替代长期以来使用的铀。关键因素在于钍基熔盐反应堆的安全性比较优越。

相对而言，安全性较高且核废料产生较少

自从人类开始大规模使用核能进行发电以来，各种核泄漏事件层出不穷。从切尔诺贝利到最近的福岛核电厂，一旦出现核泄漏事件，其后果将是持续不断的。

熔盐既能够作为燃料，也能作为冷却剂，当反应堆启动时，无需压力容器，这在成本和安全性方面都有明显优势。

反应堆自身无需燃料元件，因此不会出现堆芯融化的情况。熔盐在不同环境温度下能迅速固化，一系列的特性有助于减少核泄漏的风险。

从钍的视角来看，它的裂变能力相当有限，早在之前就未受到军方的重视，因此没有被用来制造核武器。这表示，未来采用钍作为核燃料能够减少核扩散的风险。

钍做核燃料产生的核废料，相比于现在广泛应用的铀235，产生的废料只有后者的千分之一。处理核废料的难题也显着减少。

根据现有的计划，预计到2030年左右，钍基熔盐反应堆的核电站将会开始投入运行。这种类型的核电厂将会得到更广泛的应用与发展，可能会逐渐替代传统的铀基燃料核电站。

我国的钍资源储存量充足，分布在20多个省份和自治区。例如，内蒙古的包头地区，目前已确认的矿藏量超过了全国总量的80%。

或许唯一让许多网民感到不悦的是，我国的资源储备虽然可观，但全球储量最高的国家竟然是印度。

无论如何，核能的应用与研究在安全性方面将逐渐与效率相协调。随着传统能源逐渐减少，围绕核能的各类研究，无论是技术还是方向，都会持续深入推进。

钍基熔盐核反应堆正是未来新领域探索与发展的起点。