够中国用2万年！中国突破“无限能源”， 将开建全球首座钍熔盐堆

在广阔无垠的甘肃武威戈壁滩上，一场撼动全球能源版图的工程正在孕育。

初春的寒风呼啸而过，祁连山巍峨的雪峰在地平线上若隐若现，而在这片荒凉的地域，挖掘机的轰鸣声正在打破曾经的沉寂。

在建设工地东侧，一块巨大的标语牌伫立在工地的中央，赫然写着六个大字——“钍能改变未来”。

这里，将成为全球首座钍基熔盐堆核电站的诞生地，未来，这里或许将点燃改变世界能源格局的“科技火种”。

这种稀有金属究竟有着怎样的潜力，能够让人类告别“能源焦虑”，甚至满足中国2万年的能源需求？

钍元素的发现与意外命名

故事得从19世纪初的瑞典讲起。彼时的瑞典正值矿物学和化学研究的黄金时期，多个新元素陆续被发现，为人类的科学认知版图不断添砖加瓦。

1815年，著名化学家贝齐里乌斯（Jöns Jacob Berzelius）来到位于瑞典法龙的矿区采样。

这位被誉为现代化学奠基人的科学家，对矿物中微量元素的研究充满了热情。

他仔细分析了从法龙矿区提取的一种矿石样本，在其中观察到了一种此前未被发现的金属氧化物。

出于对元素命名的北欧传统尊崇，他借用北欧神话中雷神索尔（Thor）的名字，将这种金属命名为“钍”（Thorium）。

贝齐里乌斯意外地将其他杂质误判为钍的存在。

直到1828年，当他在挪威分析一块从黑色花岗岩中提取的矿石样本时，钍元素才真正显现其身影。

这种亮银白的金属，当被加热时会发出明亮的光泽，其极高的耐热性能也令人印象深刻。

尽管钍的性质激发了科学家的好奇心，但在当时的工业背景下，似乎找不到用途。

随着19世纪末的铀和镭在放射性领域引发轰动，钍同样显现出了某些相似的放射性特性。

这种元素自然存在于普通岩石中，分布广泛，开采容易，但放射性比其他同类物质低且更加稳定。

其中一些富钍矿石成了博物馆中收藏的热门展品，但更多的钍矿被束之高阁，等待着未来技术大门的开启。

后来有科学史家提到，贝齐里乌斯是将自然赐予的钍装在了一只“时间胶囊”里，让它在未来的200年后才完全释放其价值。

钍的历史长河由此延续，它的真实力量被埋藏在时间的深处，直到20世纪才能重新被人类发现，并用于探索更绿色和可持续的能源解决方案。

核能探索中的冷战遗憾

20世纪50年代，世界被冷战的铁幕分裂为两个阵营，科学进步中的竞争也正是在这一时期尤为激烈。

面对全球范围内对能源需求的暴涨，核能被多国视为改变能源格局的一把钥匙。

美苏两国之间的核研发竞争尤为突出，每一项成果都被视为政治与军事双赢的砝码。

在这样的背景下，美国橡树岭国家实验室选择了一个不同寻常的研究方向：将钍引入核能开发领域。

他们注意到，钍相比于传统的铀燃料有着一系列优点，比如储量丰富、提取方便，以及更低的核废料生成量。

此外，在合适条件下，钍元素通过转化还能生成铀-233这种高效裂变材料，潜力诱人。

不久后，这一技术路线便遇到了前所未有的阻力。

冷战激化后，核能的研究几乎完全服从于军事需求。

钍的一个致命缺陷就是，它无法直接用于制造核武器，这使得其在军事核能领域毫无吸引力。

与之相比，铀-235与钚-239的可控反应特性则同时满足了发电与核武器开发的双重需求。因此，钍基核能研究迅速失去了重视。

橡树岭国家实验室于1950年代中期建造了全球首个钍基熔盐堆试验装置，但这个仅运行了几年便因政策变动而被迫关停的试验堆。

在军工主导的政策下，国家间的核能研究方向几乎全集中在铀和钚上。

美苏两国都在宣称核能将解决能源危机，但实际上，冷战推动的核武竞赛让核能成为一种“和平外衣下的战争利器”。

在短视的战略中，钍被彻底淹没，逐渐淡出主流科学家的视野。

如果用历史的眼光来看，这无疑是一个严重的遗憾。

钍基核能技术不仅能够提供更清洁、更安全的发电模式，还天然避开了核武器扩散的隐患。

同时，钍的储量极为丰富，每个国家都能轻松获取，能为能源分配的公平性提供保障。冷战的紧张局势让这一切成为被“错置的可能性”。

上海简陋实验室里的“728工程”

1970年，中国在核能领域迈出了重要的一步，这一步被赋予了一个极为低调而特殊的代号——“728工程”。

与耀眼的地理标签形成鲜明对比的是，这项工程的实验室环境异常简陋。

它坐落在一排低矮的灰砖平房中，实验设备多是利用国产简易仪器改装而成，与当时国外先进的实验装置相比有巨大的差距。

实验室的化验桌摆满了玻璃烧瓶、锥形瓶和自制的测量装置，在狭小的空间里，科研人员往往需要在尘土飞扬的环境中工作。

熔盐实验需要模拟极端高温环境，但由于实验设备落后，许多苛刻的实验条件无法实现。

唯一的试验炉则是科研团队用回收材料拼凑出来的，炉膛里装满了国产耐火砖，最高温度勉强达到工作所需，却始终不够稳定。

更为棘手的是，熔盐直接接触的高温金属材料始终面临严重腐蚀问题。

每次试验结束后，不少装置都在拆解过程中发现大量试验材料已经被腐蚀穿孔，有些设备甚至“牺牲”在中途。

参与“728工程”的初期团队不过三十余人，他们中大多数是年轻的工程师和化学研究员，许多人对于钍元素的作用以及熔盐堆的原理那时还只是一知半解。

他们靠翻译国外有限的文献资料进一步深入研究，遇到关键概念不理解，就查阅更多理论书籍进行验证。

工作条件虽然艰苦，但科研人员的激情丝毫不减。

即便如此努力，他们的研究依然困难重重。最主要的障碍在材料耐腐蚀性上。

熔盐中的高活性氟离子在几的高温下具有极强的腐蚀能力，无论是不锈钢材料还是钛合金，都难以长时间与高温熔盐接触。设备的“短寿命”成为他们面前难以撼动的“拦路石”。

20世纪80年代，尽管国际上大多数核研究已经向铀和钚路线倾斜，上海团队和甘肃基地的科研人员依然在高温与辐射环境中一丝不苟地完成各类数据收集任务。

从材料瓶颈到高纯钍氟盐

进入20世纪90年代后，中国的科技水平逐渐提高，“728工程”后续的研究逐步摆脱了初期的技术困境。

科研团队开始尝试以镍基合金材料为核心，结合国内矿冶研究条件，研发一种能长时间抵御高温熔盐腐蚀的高性能金属合金。

为了模拟真实的受力及腐蚀环境，他们设计了一个崭新的实验流程：将实验样品置于700℃的高温熔盐中长时间浸泡，然后在极端压力和强辐射条件下，观察其表面腐蚀速度和疲劳衰减过程。

为了验证新材料是否具有工业化潜力，团队对模拟生产做了多次反复实验，最终通过现有中频电弧炉和新设备成功量产出成果。

突破材料瓶颈后，研究人员又将目光瞄准高纯度钍氟盐材料制备。

2023年，来自中科院某研究所的团队宣布攻克了高纯钍氟盐技术难题——采用了一种特殊的低温多级蒸馏纯化工艺，使钍氟盐的纯度达到了惊人的99.999%。

这一技术的成功，意味着反应堆中的冷却剂不再因杂质造成效率降低或事故隐患。

高纯钍氟盐技术助力了钍基熔盐堆工程化发展，也为全球第四代核反应堆技术打开了大门。

其稳定性和环保特性，成为中国核能产业迈向国际市场的核心竞争力。

通过几十年的努力与积累，从材料技术到化学工艺，中国钍基熔盐堆的科研终于走向工业实践的舞台中心，为应对全球能源危机提供了一把新钥匙。

钍能开启能源格局新篇章

与传统的核燃料铀相比，钍具有无可比拟的优势。

首先，它的储量更为丰富，仅中国已探明的钍资源储量就达28.6万吨，这意味着在假设现有能源消费模式的情况下，仅这一资源量便足以支撑2万年的能源使用需求。

而与铀的分布不均不同，钍的资源在全球范围内较为广泛，更具可获取性。

对于严重依赖石油进口、石油对外依存度高达70%的中国来说，钍的开发有助于提升能源独立性，更重要的是推动减少传统化石能源在能源结构中的占比，增强国家能源战略安全。

相较于铀燃料，钍堆产生的核废料更少，且大多为短半衰期低放射性废物，能够大大减轻后续核废料处理的复杂性和成本。

同时，钍堆运行中生成的裂变材料铀-233具有卓越的核裂变效率，可以在较低的临界质量下实现链式反应，使核能过程更加高效。

这些特点，使钍堆技术有望成为构建第四代核能技术中的重要基石，为全球核能发展提供一种更安全、环保的替代方案。

2024年，中国在传统核能领域再次赢得了世界瞩目。

“华龙一号”示范工程全面建成，这一由中国自主研发、符合第三代核电安全标准的反应堆技术，为中国赢得了核能国际市场更多的认可。

同年，多座新一代核电机组，包括“国和一号”首台商用机组相继并网发电，让中国跃升为全球核电在运和在建规模的第一大国。

在全球能源变革的浪潮中，第四代钍基核能技术成为科技发展的重中之重。

相较于传统核反应堆的改进型技术路线，钍堆因为其在安全性、资源利用和环保特性上的优势，被视为完全重塑能源格局的潜在关键。

随着中国科技的积累与突破，新技术逐渐从实验室转向实际工程。

对于中国科学家而言，从解决关键技术瓶颈到产业化推广，是一条艰辛却清晰的道路。

而终于在2025年，围绕着钍堆的多项技术难关被攻克，全球首座钍基熔盐堆核电站的开工建设进入倒计时。

参考资料：

[1]周兴泰,李志军,陆燕玲,黄鹤飞,贺周同,戴志敏,徐洪杰.钍基熔盐堆材料发展战略[J].中国工程科学,2019,21(1):29-38