夠中國(guó)用千年！我國(guó)攻克世界級(jí)難題，搶先美國(guó)建造“無(wú)限能源”

上世紀(jì)四十年代末，美國(guó)人曾提出“釷基熔鹽堆”構(gòu)想，準(zhǔn)備利用核能的裂變搞出“無(wú)限能源”，為空軍的轟炸機(jī)提供更高效的航空核動(dòng)力。

可由于這項(xiàng)技術(shù)要攻克的難關(guān)實(shí)在太多，美國(guó)人最終選擇放棄，重新?lián)Q了一條相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)的賽道。

讓美國(guó)人萬(wàn)萬(wàn)沒有想到的是，就在六十年后，中國(guó)科學(xué)家竟然攻克世界級(jí)的難題，搶先一步在祖國(guó)大西北的荒漠深處建造出了夠中國(guó)使用上千年的“無(wú)限能源”。

到底什么是釷基熔鹽堆？這種連美國(guó)人都不愿意面對(duì)的難題中國(guó)科學(xué)家又是如何攻克的呢？

一、

二戰(zhàn)末期，美國(guó)政府把空軍的發(fā)展列為重中之重，于1946年5月28日啟動(dòng)核能飛行器推進(jìn)工程，計(jì)劃用液態(tài)燃料熔鹽堆提供更加高效的核動(dòng)力。

經(jīng)過5年的反復(fù)論證，名為“ANP”的核能飛行器計(jì)劃正式落地。

按照美國(guó)政府的要求，這種新型的轟炸機(jī)中須采用4個(gè)核動(dòng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到200MW的功率，實(shí)現(xiàn)可連續(xù)飛行數(shù)周的目標(biāo)。

美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）承擔(dān)了ANP計(jì)劃中核能引擎反應(yīng)堆的研發(fā)任務(wù)，利用3年時(shí)間建設(shè)了世界第一座熔鹽堆實(shí)驗(yàn)裝置。

實(shí)驗(yàn)裝置建成后科學(xué)家們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，反復(fù)改進(jìn)熔鹽堆的構(gòu)造，可效果都不甚理想。

由熔鹽堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能最高功率只能達(dá)到2.5MW，遠(yuǎn)低于ANP計(jì)劃的要求。

這個(gè)功率雖然比大部分噴氣式燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要高，但卻并不足以取代對(duì)方。

就在美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們處心積慮苦思如何破解難題的時(shí)候，戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的發(fā)展后來(lái)居上，徹底改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)。

這讓困難重重的核動(dòng)力轟炸機(jī)研究失去了軍事應(yīng)用價(jià)值，變得越來(lái)越雞肋。

因此在上世紀(jì)六十年代，美國(guó)政府決定不再死磕熔鹽堆的研究，讓其轉(zhuǎn)為民用。

沒有了緊迫的壓力后美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究反倒是向前走了一大步，于1965年建成8MW的液態(tài)燃料熔鹽實(shí)驗(yàn)堆。

盡管取得了技術(shù)上的突破，但正被“冷戰(zhàn)”搞得有些神經(jīng)質(zhì)的美國(guó)政府卻并沒有太在意。

他們選擇了見效更快、技術(shù)難點(diǎn)相對(duì)較少的“鈉冷快堆”，將曾經(jīng)高度重視的“液態(tài)燃料熔鹽堆”計(jì)劃棄之如履。

慢慢的這種有著遠(yuǎn)大前景的“無(wú)限能源”研究徹底轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域，不再被受到國(guó)際主流的重視。

美國(guó)人不知道的是，就在他們把這個(gè)計(jì)劃拋之腦后的時(shí)候，“熔鹽反應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆”的特點(diǎn)引起中國(guó)科學(xué)界和政府的高度重視。

一場(chǎng)奇跡般的超越就這樣拉開了序幕。

二、

借鑒美國(guó)方面的成功經(jīng)驗(yàn)，上世紀(jì)七十年代中國(guó)科研人員選擇釷基熔鹽堆開始發(fā)展民用核能，并于1971年在上海建成我國(guó)第一座達(dá)到預(yù)期的零功率冷態(tài)熔鹽堆。

雖然取得了初步的成功，但由于當(dāng)時(shí)我們的科技水平、工業(yè)能力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力都有限，所以最終我國(guó)還是選擇將“輕水反應(yīng)堆”作為發(fā)展民用核能的主要方向，暫緩“杜基熔鹽堆”的研究。

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，世界各國(guó)對(duì)能源的需求進(jìn)一步增加，“無(wú)限能源”的構(gòu)想再一次被重視了起來(lái)。

2002年9月，中、美、德、俄等十多個(gè)國(guó)家召開GIF會(huì)議，在94個(gè)概念堆的基礎(chǔ)上，確定了六種第四代核電站概念堆系統(tǒng)。

熔鹽反應(yīng)堆是這六個(gè)核反應(yīng)堆系統(tǒng)中最被看好的。

于是中國(guó)科學(xué)院在2011年啟動(dòng)了“未來(lái)先進(jìn)核裂變能”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，將釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)作為其兩大部署內(nèi)容之一。

按照專項(xiàng)計(jì)劃，未來(lái)20年的時(shí)間里中國(guó)將致力于研發(fā)第四代先進(jìn)裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)核燃料多元化、核廢料最小化、防止核擴(kuò)散等戰(zhàn)略目標(biāo)。

中國(guó)有儲(chǔ)量豐富的稀土資源，釷礦儲(chǔ)量超140萬(wàn)噸，占全球探明儲(chǔ)量的近四分之三。

因?yàn)橛凶銐虻难芯吭希灾袊?guó)在“杜基熔鹽堆”的研究上走的又穩(wěn)又快。

二十世紀(jì)的第一個(gè)十年剛過，中國(guó)科學(xué)家們就解決了核反應(yīng)堆中最讓人頭疼的“熔鹽腐蝕”難題，研發(fā)出新型鎳基合金材料。

這種全部由中國(guó)人自主研發(fā)的材料非常厲害，在700度熔鹽里泡五年都不會(huì)影響使用效果，使整個(gè)世界都為之側(cè)目。

見中國(guó)的“杜基熔鹽堆”研究已經(jīng)開始大踏步向前，逐漸從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向工業(yè)化，美國(guó)人坐不住了。

他們的能源部聯(lián)合國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、前沿大學(xué)、核學(xué)會(huì)等機(jī)構(gòu)與中國(guó)科學(xué)院簽署“核能科技合作諒解備忘錄”，在核能技術(shù)方面開啟合作之門。

從曾經(jīng)的模仿者和追趕者變成實(shí)力相當(dāng)?shù)暮献髡撸袊?guó)用硬實(shí)力征服了不可一世的美國(guó)人。

“杜基熔鹽反應(yīng)堆”運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能產(chǎn)生700攝氏度的持續(xù)高溫?zé)崮堋?/p>

這種能量技能被用來(lái)發(fā)電，而且還可以被用作海水淡化。

正常情況下，一座釷基熔鹽堆運(yùn)行起來(lái)每天都可以產(chǎn)生20噸的淡水。

只要能夠?qū)⑦@個(gè)技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，將來(lái)“杜基熔鹽反應(yīng)堆”就可以進(jìn)一步縮小體積，應(yīng)用到戈壁、荒漠、海島等整體電網(wǎng)無(wú)法覆蓋的地方，為祖國(guó)的邊防提供有力保障。

“杜基熔鹽反應(yīng)堆”的唯一缺點(diǎn)就是建造成本比傳統(tǒng)的核電站要高出差不多30%。

但成本高出的百分之三十背后卻是燃料費(fèi)用降低將近一半。

最為夸張的是，這種新型核反應(yīng)堆的碳排放量?jī)H為煤電的1%，對(duì)環(huán)境的影響很小，是最理想的一種清潔能源。

在大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天，“杜基熔鹽堆”的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

哪個(gè)國(guó)家提前攻克難關(guān)，徹底拿下這項(xiàng)技術(shù)，哪個(gè)國(guó)家就能夠在“無(wú)限能源”的開發(fā)領(lǐng)域占得先機(jī)。

三、

2017年11月，中科院與甘肅省政府簽署了“釷基熔鹽反應(yīng)堆”項(xiàng)目戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，計(jì)劃在2020年建成釷基熔鹽反應(yīng)試驗(yàn)堆。

計(jì)劃推行的很順利，僅僅過去半年就落戶于武威民勤的荒漠深處。

這座由中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所牽頭的杜基熔鹽堆項(xiàng)目的設(shè)計(jì)熱功率達(dá)到了2兆瓦，一旦建成將是世界上最大的民用釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆。

由于沒有可借鑒的成熟經(jīng)驗(yàn)，所以工程建設(shè)起來(lái)難度不小，面臨“無(wú)技術(shù)、無(wú)條件、無(wú)團(tuán)隊(duì)”的“三無(wú)”困境。

項(xiàng)目核心領(lǐng)導(dǎo)者、上海物理研究所原所長(zhǎng)徐洪杰于是要求科研人員“轉(zhuǎn)行”，深入到建設(shè)一線去邊干邊學(xué)，隨時(shí)解決出現(xiàn)的技術(shù)難題。

為此年近七旬的他親自擔(dān)任工程總指揮，成天都泡在施工現(xiàn)場(chǎng)。

經(jīng)過他和眾多技術(shù)人員、建設(shè)人員的共同努力，項(xiàng)目終于如期完工。

這個(gè)過程中徐洪杰他們發(fā)揚(yáng)老一輩科研人“甘坐冷板凳”的奉獻(xiàn)精神，不發(fā)論文、不申請(qǐng)獎(jiǎng)項(xiàng)，為了祖國(guó)的利益做起了新時(shí)代的“隱姓埋名”者。

2023年6月，實(shí)驗(yàn)堆取得國(guó)家核安全局頒發(fā)的核設(shè)施運(yùn)行許可證，這是國(guó)際上首個(gè)經(jīng)過國(guó)家核安全監(jiān)管部門審查并頒發(fā)的熔鹽堆運(yùn)行許可證。

僅僅4個(gè)月之后，這座杜基熔鹽堆就實(shí)現(xiàn)首次臨界。

2024年6月17日，在所有科研人員的見證下，實(shí)驗(yàn)堆首次實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行，熱功率毫無(wú)意外的達(dá)到設(shè)計(jì)要求的2兆瓦。

2024年10月，這座完全由中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)建造的試驗(yàn)堆在萬(wàn)眾矚目中完成世界上首次熔鹽堆加釷實(shí)驗(yàn)，率先在國(guó)際上建成熔鹽堆與釷鈾燃料循環(huán)研究平臺(tái)。

官方資料

就在世界其他國(guó)家還在猜測(cè)中國(guó)“釷基熔鹽堆”的設(shè)計(jì)理念的時(shí)候，2025年11月中國(guó)科學(xué)院又傳來(lái)好消息，這座2兆瓦的液態(tài)燃料釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆已經(jīng)實(shí)現(xiàn)釷鈾核燃料轉(zhuǎn)換。

按照釷入熔鹽堆運(yùn)行后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，戈壁灘上的反應(yīng)堆所轉(zhuǎn)換的核能足夠我國(guó)使用上千年，無(wú)愧于“無(wú)限能源”的稱號(hào)。

釷燃料入堆的成功運(yùn)行不但進(jìn)一步鞏固了我國(guó)在國(guó)際熔鹽堆研究領(lǐng)域上的主導(dǎo)地位，也證明中國(guó)在清潔能源領(lǐng)域的創(chuàng)新和研發(fā)是遠(yuǎn)超世界其他國(guó)家的。

從二十一世紀(jì)初開始，高瞻遠(yuǎn)矚的中國(guó)政府就大力扶持清潔能源的研發(fā)。

經(jīng)過二十年的厚積薄發(fā)，中國(guó)在該領(lǐng)域迎來(lái)了爆發(fā)。

光是2022年，中國(guó)人就提交了具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的清潔能源專利5000多項(xiàng)，位居世界第一，是美國(guó)的2倍多。

歐洲專利局首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家感嘆，如果剔除中國(guó)的數(shù)據(jù)，全球清潔能源創(chuàng)新進(jìn)度幾乎可以忽略不計(jì)。

為了不被中國(guó)甩的太遠(yuǎn)，美國(guó)能源部已經(jīng)開始重啟熔鹽堆計(jì)劃，印度也在嘗試摸著中國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)“過河”，開始搞起了釷反應(yīng)堆研究。

就在這些國(guó)家爭(zhēng)相追趕的時(shí)候，中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在著手研究“無(wú)限能源”的推廣。

相信在不久的將來(lái)，許多沙漠國(guó)家都將使用上中國(guó)制造的“無(wú)限清潔能源”，逐漸擺脫缺水少電的困境。