釷基熔鹽堆真能產(chǎn)鈾？中國核能突破，核心設(shè)備實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化

現(xiàn)如今，核電事業(yè)在全球發(fā)展的如火如荼。無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，都將核電作為未來能源的基石來打造。隨之而來的，便是各式各樣核電站的誕生。

今天咱們要講到的主角，就是一類特殊核電站。據(jù)說它的原料來自稀土廢料，一旦產(chǎn)業(yè)盤活，未來或?qū)?dòng)1.5萬億能源市場(chǎng)。

情況真的是這樣嗎？究竟是什么核電站能有這么大能量？

能高效產(chǎn)鈾的稀土“副產(chǎn)品”

開頭提到的這類核電站，就是釷基熔鹽核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆。至于它為什么這么強(qiáng)悍，這就得從釷元素的性質(zhì)開始說起了。

釷，化學(xué)符號(hào)為Th，作為放射性元素的它，常常與稀土金屬伴生。

當(dāng)然了，盡管與稀土朝夕相處，但釷并不屬于稀土的范疇。作為獨(dú)立的錒系金屬元素，其原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，都與稀土有著巨大的差異。

在自然狀態(tài)下，釷一般會(huì)和稀土黏在一起，每當(dāng)開采稀土?xí)r，就順帶把它給挖出來了。

而在提煉稀土的過程中，釷又會(huì)作為“副產(chǎn)品”被分離出來。當(dāng)分離的量越來越多，釷也就慢慢高產(chǎn)化了。

這時(shí)候可能很多人會(huì)問了，既然不是稀土，那釷究竟有什么用？嚴(yán)格來講，釷確實(shí)沒用，但由釷變成的鈾，就極其有用了。

從基本原理來看，最初的釷-232，會(huì)通過吸收中子變成釷-233。而釷-233又會(huì)經(jīng)β衰變，釋放電子，變成鏷-233。

隨著時(shí)間的推移，鏷-233又會(huì)經(jīng)歷再一次β衰變。到了這時(shí)候，鈾-233也就誕生了。

有了鈾-233，接下來就好辦了。鈾-233會(huì)通過核裂變釋放大量熱能，而這些熱能，又會(huì)將液態(tài)氟化鹽加熱到極致，變成一堆高溫熔鹽。

緊接著，熔鹽又會(huì)通過換熱器加熱冷水，直至冷水燒開。當(dāng)產(chǎn)生的高壓蒸汽足夠多時(shí)，汽輪機(jī)就能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電了。

可以說，這場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，其實(shí)就是“燒開水”。雖然過程復(fù)雜了點(diǎn)，但內(nèi)核萬變不離其宗。

釷基熔鹽堆的能量密度有多高？

說完了釷基熔鹽堆的原理，咱們?cè)賮砹私庖幌挛覈谶@方面的進(jìn)展。

2021年，在甘肅武威民勤縣紅沙崗工業(yè)集聚區(qū)的戈壁灘上，我國完成了2兆瓦液態(tài)燃料釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆的主體工程建設(shè)。

2023年10月，該實(shí)驗(yàn)堆首次實(shí)現(xiàn)了臨界反應(yīng)。2024年6月，設(shè)備直接達(dá)到滿功率運(yùn)行。

到了2025年11月，該反應(yīng)堆終于實(shí)現(xiàn)了釷鈾核燃料的轉(zhuǎn)換。這一刻，便預(yù)示著我國的釷基熔鹽堆項(xiàng)目，取得了圓滿成功。

有意思的是，相比于其他核反應(yīng)堆而言，它還有個(gè)冷凍塞安全閥。

根據(jù)研發(fā)人員介紹，在反應(yīng)堆的底部，存在一個(gè)被冷凍鹽堵住的管道。一旦系統(tǒng)過熱或者停電，冷凍塞就會(huì)自動(dòng)熔化，在這種情況下，管道也就打開了。

管道打開以后，反應(yīng)堆里的液態(tài)核燃料，會(huì)順著重力全部流入地下的應(yīng)急儲(chǔ)存罐。如此一來，核反應(yīng)也就自然終止。

可以說，該過程中完全由物理規(guī)律控制，無需人工干預(yù)或外部電源。有了這層保險(xiǎn)栓以后，釷基熔鹽堆就能徹底杜絕福島核電站這類事故了。

據(jù)測(cè)算，這1噸鈾釷產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于200噸鈾或350萬噸煤。一旦用它發(fā)電的話，預(yù)計(jì)每度電的成本只有0.1元，僅僅相當(dāng)于目前燃煤發(fā)電成本的1/3到1/4。

倘若將其規(guī)模化、攤平成本的話，未來有望降至每度電5分錢。不得不說，在能量密度開發(fā)這方面，釷基熔鹽堆還真是少有的天賦型角色。

不僅能發(fā)電還能供熱

你以為它僅僅只是用來發(fā)電？不不不，反應(yīng)堆在運(yùn)行時(shí)，還能輸出650-700度的高溫。有了這些高溫余熱，那利用的途徑可就多了去了。

首先，它可以用來造氫氣。熟悉化學(xué)的小伙伴都知道，只需700度的高溫，就能打破水或甲烷的化學(xué)鍵。當(dāng)氫原子脫離氧/碳原子之時(shí)，便是分離氫氣之日。

其次，它還能給化工生產(chǎn)提供高溫工藝熱。

眾所周知，常見的石油制乙烯、合成氨等反應(yīng)，都需要高溫才能突破壁壘。而咱們提到的釷基熔鹽堆，恰恰能產(chǎn)生高溫。既然一個(gè)有需求，一個(gè)有剩余，這互補(bǔ)不就來了嗎？

當(dāng)釷基熔鹽堆產(chǎn)熱以后，工作人員直接用液態(tài)鈉、氦氣等冷卻劑來吸收，然后通過特殊設(shè)備，傳遞給工廠生產(chǎn)系統(tǒng)。如此一來，就能幫助那些化學(xué)反應(yīng)突破壁壘了。

第三，這多出來的熱量，還能給用來給城市供暖。

按照研發(fā)人員的描述，釷基熔鹽堆產(chǎn)生的熱量，會(huì)通過換熱系統(tǒng)變成熱水/蒸汽，而后再經(jīng)城市供暖管網(wǎng)送到千家萬戶。這樣一來，就能替代傳統(tǒng)的燃煤、燃?xì)忮仩t供暖了。

你以為這就完了？釷基熔鹽堆的作用遠(yuǎn)不止此。現(xiàn)如今，許多太陽能、風(fēng)能設(shè)備，只能靠天吃飯。一旦太陽不大，風(fēng)也不大，那發(fā)電效率就不敢恭維了。

當(dāng)它們發(fā)不出電的時(shí)候，釷基熔鹽堆恰恰可以頂上，形成一個(gè)核光風(fēng)儲(chǔ)互補(bǔ)系統(tǒng)。在這種情況下，咱們的電網(wǎng)就能穩(wěn)如老狗了。

可以說，釷基熔鹽堆的用途多種多樣。一旦這類項(xiàng)目成規(guī)模發(fā)展，未來絕對(duì)能造福千萬家。

也正因如此，所以我國早就搶占了釷基熔鹽堆的開發(fā)先機(jī)。此前，國家能源局就計(jì)劃于2025年，啟動(dòng)首批商業(yè)堆的建設(shè)。光是首批投資額，就達(dá)到了200億。

高盛也曾做過預(yù)測(cè)，到2035年，全球釷基熔鹽堆的市場(chǎng)規(guī)模，將達(dá)到1.5萬億元。而中國憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)，或?qū)⒄紦?jù)60%以上的份額。

這樣看來，待釷基熔鹽堆市場(chǎng)一激活，咱們立馬就能騰龍直上，一躍成為全球釷基熔鹽堆巨擘了。

國內(nèi)無數(shù)企業(yè)的技術(shù)結(jié)晶

那么問題來了，中國憑啥有這份底氣呢？釷基熔鹽堆真有這么好造嗎？

釷基熔鹽堆確實(shí)不好造，但在強(qiáng)大的中國制造面前，一切難題都會(huì)被攻破。就拿甘肅武威那個(gè)反應(yīng)堆來說，它的整體國產(chǎn)化率就超過了90%，核心設(shè)備更是100%國產(chǎn)化。

尤其是材料方面，幾乎是中國的拿手之作。畢竟熔鹽堆內(nèi)部要承受700+的高溫及高腐蝕，你材料不做強(qiáng)一點(diǎn)，這反應(yīng)堆能穩(wěn)得住？

當(dāng)然了，這其中也少不了無數(shù)企業(yè)的共同攻堅(jiān)。比如上大股份，就研發(fā)出了耐高溫/腐蝕的GH3535高溫鎳基合金。還有華菱鋼鐵，也研發(fā)出了SA738Gr.B核電鋼做為安全殼。

其他像久立特材，還研發(fā)出了高溫合金無縫管用來輸送熔鹽。至于西部材料和方大碳素，更是分別提供了核級(jí)鋯材和核級(jí)石墨，給釷基熔鹽堆加油助力。

除了作為“鎧甲”的材料以外，作為“心臟”的設(shè)備也是無數(shù)企業(yè)的合力之作。比如像反應(yīng)堆壓力容器這等核心主體設(shè)備，就是由上海電氣和東方電氣打造而成的。

而控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主容器、余熱排出系統(tǒng)這三樣，則分別由浙富控股、寶色股份、海陸重工三家提供。

可以說，釷基熔鹽堆這套系統(tǒng)看似簡(jiǎn)單，實(shí)則匯聚了國內(nèi)上百家企業(yè)的技術(shù)精華。當(dāng)大家紛紛出力出技術(shù)的時(shí)候，這套“釷基萬龍甲”便閃亮登場(chǎng)了。

正式擺脫對(duì)國外的鈾依賴

這時(shí)候可能又有人會(huì)問了，咱們已經(jīng)有這么多核電站了，為啥還要新設(shè)釷基熔鹽堆？這不是浪費(fèi)嗎？

其實(shí)吧，釷基熔鹽堆的建造，不僅僅是為了發(fā)電，更是為了不被國外的鈾資源給卡脖子。

很多人可能不知道，咱們以前是貧鈾國。在2009年的時(shí)候，我國當(dāng)時(shí)探明的鈾儲(chǔ)量只有17.4萬噸，年產(chǎn)不足1800噸。相比于其他國家動(dòng)輒百萬噸的鈾儲(chǔ)量，完全是九牛一毛。

也正因如此，所以直到2020年，國內(nèi)核電站中80%的鈾，都得靠進(jìn)口。

近些年來，隨著核電、軍工事業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)對(duì)鈾資源的需求開始暴漲。

然而，就在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，各種國際博弈和地緣沖突，打亂了鈾供應(yīng)鏈，導(dǎo)致全球鈾價(jià)暴漲。在這種情況下，咱們的鈾缺口就岌岌可危了。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的測(cè)算，一旦鈾運(yùn)輸線被切斷的話，國內(nèi)核電站僅能維持一年半的運(yùn)轉(zhuǎn)。可見，當(dāng)時(shí)的“鈾焦慮”，完全是懸在我國頭頂?shù)囊话堰_(dá)摩克利斯之劍。

面對(duì)這個(gè)問題，我國不僅沒有退縮，反而迎難而上，一步步解除國內(nèi)的鈾資源詛咒。

比如開發(fā)“國鈾一號(hào)”項(xiàng)目，用地浸法高效開采低品味礦。除了深耕國內(nèi)，我國還海外布局，參股哈薩克斯坦、納米比亞等國的鈾礦。

現(xiàn)如今，我國更是研發(fā)出了釷基熔鹽堆，用來高效產(chǎn)鈾。當(dāng)這一套連招打下來，我國基本上就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)鈾資源的初步自由了。

尤其是釷基熔鹽堆策略，更是我國的神來之筆。要知道，中國的釷探明儲(chǔ)量超過了100萬噸，儲(chǔ)量占到了全球70%。有了這么多釷資源作為儲(chǔ)備，還怕他國用鈾卡脖子？

專家表示，我國豐富的釷資源，足以支撐中國上千年的能源需求。既然老天爺都賞飯吃了，那咱就卻之不恭了。

從某種意義上來講，一旦開啟釷能時(shí)代，我國不僅能擺脫對(duì)國外的鈾依賴，甚至還能形成一個(gè)由中國主導(dǎo)的“釷能源共同體”。

真到了那個(gè)時(shí)候，在第四代核電技術(shù)領(lǐng)域，咱們就能徹底引領(lǐng)全球了。什么叫攻守易形，這就叫攻守易形。