不怕卡脖子！中國第4代核裂變反應(yīng)堆，釷基熔鹽堆有多牛？

60年前，美國的先進(jìn)技術(shù)曾經(jīng)創(chuàng)下了世界首例！如今再度重啟，進(jìn)度卻落在了我國后面。

這項技術(shù)，名叫釷基熔鹽堆，是第四代核電站的重點項目之一。正如比爾·蓋茨所說的那樣，中國的核電站技術(shù)，正在挑戰(zhàn)美國等國家的領(lǐng)先地位。

釷基熔鹽堆，到底是什么？它到底有多牛？

釷基熔鹽堆

所謂的堆，指的就是核反應(yīng)堆，也就是整個核電站的“心臟”。核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，簡單來說，它包含了核燃料、慢化劑、冷卻劑、控制系統(tǒng)、反應(yīng)堆容器、屏蔽層等。這里會進(jìn)行核裂變反應(yīng)，產(chǎn)生能量。同時又要通過各種各樣的裝置來控制反應(yīng)速度，保證核反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行，不至于超出承受極限。

目前來說，世界上已經(jīng)研發(fā)成功的核反應(yīng)堆有很多種，主要包含壓水堆、沸水堆、重水堆、氣冷堆、快中子堆等，而熔鹽堆，就是一種新型的核反應(yīng)堆。

說它新型，其實是我們最近剛剛讓它從理論走進(jìn)了現(xiàn)實。如果說起它最早的研究，其實可以追溯到差不多八十年前！

1940年代末，美國橡樹嶺實驗室為“核動力飛機(jī)”計劃開發(fā)了熔鹽堆原型——ARE（飛行器反應(yīng)堆實驗）。雖然它使用的是鈾燃料，但奠定了熔鹽技術(shù)的基礎(chǔ)。1965年，美國建成了世界上第一座以釷為燃料循環(huán)的實驗堆——MSRE，這才是真正意義上的“釷基熔鹽堆”。

但美國的研究并沒有持續(xù)下去。有專家推測，大概是冷戰(zhàn)時期經(jīng)濟(jì)過于緊張，這種研究又不能直接用來轟炸蘇聯(lián)，美國就放棄了這方面的研究。

而在遙遠(yuǎn)的東方，我國從1970年開始啟動釷基熔鹽堆的研究，算下來也有55年的時間了。由于該項目是當(dāng)年2月8日啟動的，所以又被稱為“728工程”。

不過，這項工程確實非常難，對當(dāng)時的我國來說也確實力不從心。但728工程也沒有浪費(fèi)，它促成了我國的第一座核電站——秦山一期30萬千瓦壓水堆。

進(jìn)入21世紀(jì)后，相關(guān)研究再一次被提及，美國能源部牽頭發(fā)起了第四代核能系統(tǒng)國際論壇。當(dāng)時論壇上一共提出了六個候選堆型，熔鹽堆就是其中之一。

從此以后，不只是美國，法國、俄羅斯、日本、韓國等國家紛紛展開了對熔鹽堆的研究。而以釷元素為反應(yīng)原料的熔鹽堆最受青睞，這就是所謂的釷基熔鹽堆了。

2011年，中國科學(xué)院啟動了“未來先進(jìn)核裂變能—釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項。甘肅武威成為我國釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)的試驗與示范應(yīng)用基地。

我們都知道，目前的核裂變反應(yīng)，使用的原料普遍是放射性元素鈾-235。可是，釷在自然界占據(jù)絕大多數(shù)的同位素釷-232，放射性極弱，那它是怎么參與核反應(yīng)的呢？

在這種反應(yīng)堆里，科學(xué)家會首先利用中子進(jìn)行轟擊，使得釷-232轉(zhuǎn)化為釷-233，后者就是放射性元素了，而且半衰期非常短，僅有21.83分鐘。很快，它就會通過β衰變變成鏷-233，后者再衰變?yōu)殁?233。這個鈾-233，就可以作為核燃料使用了。

釷基熔鹽堆的優(yōu)勢

為什么我們放著已經(jīng)成熟的鈾不用，反而要繞遠(yuǎn)路，拿釷來制鈾呢？

• 資源含量不同

鈾是一種比較稀有的放射性金屬元素，在地殼中的平均含量只有百萬分之二左右。盡管我國的鈾儲量在世界范圍內(nèi)也不算低，但普遍品位低，埋藏深，開采的成本和難度都比較高。

當(dāng)年造原子彈的時候，我國就被鈾卡了很久。直到今天，我們的核電站使用的鈾礦，有2/3都依賴進(jìn)口。

現(xiàn)在，大家一看到“依賴”“進(jìn)口”這種詞，一下子就會想到三個字——卡脖子。一旦未來某些國家要跟我們拼命，切斷了對我國鈾的輸入，我們的發(fā)展將會面臨巨大的危機(jī)。

玩過游戲紅警的人都知道，電廠不能有效運(yùn)轉(zhuǎn)，對一個國家來說面臨的是什么。

但釷不同。目前我國已探明的釷資源儲量有差不多30萬噸，僅次于印度，位居世界第二。而且，我國的釷分布比較廣泛，有超過20個省市區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了釷礦資源。

更重要的是，釷的開采難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈾，它甚至只是開采稀土?xí)r的伴生副產(chǎn)品。也就是說，即使不特意開采釷資源，我們也可以通過開采稀土?xí)r的副產(chǎn)品加以“廢物利用”，就能得到釷資源，成本大大降低。

• 安全

核反應(yīng)堆最首要的問題，就是安全。有沒有電放在一邊，最起碼咱們得安全才行。核電站有多危險，切爾諾貝利和福島都已經(jīng)給出了血淋淋的教訓(xùn)。

而釷基熔鹽堆的好處，就是其中的熔鹽既可以做燃料，又可以充當(dāng)冷卻劑。它不再像傳統(tǒng)核電站一樣使用固體棒，而是反應(yīng)原料在熔鹽中流動。這些熔鹽是極難汽化的，所以不需要高壓環(huán)境，這就避免了相關(guān)操作失誤可能帶來的悲劇。

不僅如此，當(dāng)反應(yīng)堆的溫度過高的時候，傳統(tǒng)的核電站可能就會面臨反應(yīng)速度過快導(dǎo)致的核事故，而熔鹽堆恰恰相反，其物理性質(zhì)的改變會抑制反應(yīng)的進(jìn)行。也就是說，如果真的特別熱了，它反而就會停止反應(yīng)了，不容易引發(fā)核事故。

科學(xué)家的研究早就指出，釷這種元素，是不適合用來做核武器的。這說明什么？說明它安全啊，拿來發(fā)電正合適啊！

• 選址自由

另外，傳統(tǒng)的核電站，都需要巨量的水來降溫。一座百萬千瓦級的常規(guī)核電機(jī)組，每小時就需要幾千噸冷卻水！一旦斷水，堆芯就有可能過熱，導(dǎo)致熔毀，釀成災(zāi)難。

那么，哪里可以源源不斷地提供水呢？

顯然，最合適的地方，就是海邊。退而求其次，大河、湖泊的旁邊也可以。目前世界上的核電站，普遍都是這樣選址的。

而釷基熔鹽堆里使用的高溫熔鹽，被稱為完美的“熱量搬運(yùn)工”，靠自食其力就能在循環(huán)過程中帶走多余的熱量，不需要那么多水來冷卻。

正因為擺脫了對水的依賴，釷基熔鹽堆可以不再建設(shè)在水邊，以防像福島核電站那樣面臨臺風(fēng)釀成核事故的風(fēng)險。比如我國這座熔鹽，直接就建在了戈壁灘！未來，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，釷基熔鹽堆甚至可以建設(shè)在地下，進(jìn)一步避免自然災(zāi)害或者恐怖襲擊導(dǎo)致的核事故。

• 核廢料少

不僅如此，釷基熔鹽堆還能有效解決一個重大難題——核廢料的處置。

通過對核燃料和反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行在線添加和在線分離處理，釷基熔鹽堆的核燃料燃燒非常充分，從而大幅減少核廢料的產(chǎn)生。研究表明，和鈾-235的反應(yīng)堆相比，釷基熔鹽堆的核廢料只有其1/10（有研究甚至說是1/1000）左右！

總結(jié)

說了這么多，這種釷基熔鹽堆到底有多牛，相信大家就明白了。在可控核聚變走進(jìn)現(xiàn)實之前，這種第四代核反應(yīng)堆相比于傳統(tǒng)反應(yīng)堆，也算是一種蛻變了。

盡管美國六十年前曾經(jīng)研究過，但再次重啟時，直到今天尚無官方通報的任何實質(zhì)性突破，進(jìn)度和我國相比已經(jīng)不占優(yōu)勢了，恰如當(dāng)年的載人登月一樣。

今天的美國，看樣子已經(jīng)不復(fù)當(dāng)年之勇了。