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够我国用2万年,中国突破“无限能源”? 将开建全球首座钍熔盐堆

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中国在核能领域投入了很多的资源,也非常看重核能领域新技术的研发。在核能的新技术领域,除了大名鼎鼎外的可控核聚变技术外,就属“钍基熔盐核反应堆”最受关注。

所谓“钍基熔盐核反应堆”,是指以钍元素为核燃料的核反应堆。

钍元素

众所周知的是,人工产生核裂变反应最常见的材料就是铀元素。不管是原子弹还是现在各国使用的核电站,使用的基本都是铀235。

所以传统的核电站,都是用铀235作为核原料。而钍基熔盐核反应堆则是一种以钍元素(主要是钍232)为核原料的核反应堆技术。

核裂变概念图

核电站的原料和建造地点问题

对中国来说,传统的核电站有几个比较明显的劣势。

首先就是中国的铀矿储备量少。中国是一个“贫铀国”,国内铀矿造核武器是够的,但我国要大建核电站,将铀矿广泛投入商业领域,中国的核电站运行成本就会相对较高。

核电站

并且因为中国国内本身的铀矿储备量不足,这注定了我国国内的核电站需要大量从国外购买铀矿,这会使得我国在核原料上被国外“卡脖子”。

但钍基熔盐核反应堆就不一样了,中国的钍储备量非常大。

如果钍基熔盐核反应堆能投入商业化运营,1吨钍释放的能量相当于350万吨煤炭。20万吨钍就足够中国14亿人用大约2万年。而中国国内超过20万吨储量的钍矿,有很多座。

钍矿

所以中国如果能商业化运营钍基熔盐核反应堆,我国在核电站原料上就再也不用担心被卡脖子的问题了,中国就有了“无限能源”。

传统核电站的第二个劣势是需要很多的水。

核反应堆在运行的时候会产生高温,要防止核反应堆持续高温导致熔毁,就需要用冷却液对其进行冷却。而世界上最廉价的冷却液就是水。

因此传统的核电站基本都建立在大江、大河,以及海边,很少建立在内地缺水的地方。这就严重限制了核电站的建造地点。

核电站要依水而建

钍基熔盐核反应堆直接用“熔盐”(液体状态的氟化盐)作为冷却液。

并且因为钍基熔盐核反应堆的结构问题,“熔盐”不仅是核反应堆中的冷却液,还是能量传输载体,负责将能量引导出来并进行发电。

靠着不需要水作为冷却剂的能力,钍基熔盐核反应堆在中国任何一个地方都能建造,包括新疆、甘肃这种比较缺水的内陆地区。

在2024年5月的时候,甘肃武威地区就宣布要建立钍基熔盐核反应堆的小型实验堆,该地区在以前是基本建立不了传统核电站的。

钍基熔盐核反应堆的自然循环回路

核电站在全国到处都能建,就能有效的调节电力,对国家电网的压力会降得更低。

核电站的安全问题

然后就是安全性的问题。其一,传统核电站依水而建,而有水的地方往往都是人口密集区。

这也就意味着核电站一旦出事故,影响的人会很多。

核电站基本都处于人口密集区

钍基熔盐核反应堆能建立在沙漠地区,就能远离人口聚集区,这意味着它就算发生了事故,影响的人口也远没有传统核电站那么多。

其二就是我们上边提到的,钍基熔盐核反应堆用“熔盐”作为冷却剂和传输热量的介质。

一旦这种核反应堆出现事故,“熔盐”就会快速遇冷并“冻结”。然后这个反应堆就会被封存在固态的氟化盐中,避免进一步的核泄漏和核反应堆融毁的问题。

“低温”固态氟化盐

要知道日本福岛核电站在出事故后,就因为核反应堆融毁变得难以回收。

并且核反应堆在融毁后是不会在短时间内自行冷却的。也就是说,福岛核电站需要不断的用冷却剂给它冷却,不然可能产生“二次事故”。

本身核反应堆融毁就导致堆芯暴露在外,用水一冷却,这个水就直接变成了被核污染的水。

所以当前福岛核电站还在持续的产生“核污染水”。截止至2024年底,福岛核电站的核污染水已经产生了超过130万吨,需要至少30年才能处理完。

福岛核电站的核污染水储水罐

就福岛核电站还在持续产生核污染水的情况下,鬼知道未来这个核电站还会产生多少核污染水。

相比较之下,钍基熔盐一旦出现融毁的情况,自己都会“封存”自己,安全性大幅度提升,事故影响也能降到最低。

所以整体来看,钍基熔盐核反应堆相较于传统的核反应堆有非常多的优势,如果真能商用,前途不可限量。

钍基熔盐核反应堆的技术问题

不过既然现在钍基熔盐核反应堆还没有商用,就意味着它还有很多技术上没有解决的细节。

其一是钍基熔盐堆使用的“熔盐”具有很高的侵蚀性,当前人类还没找出能抗住这种腐蚀,并且还具备性价比的材料。

金属腐蚀

用现有的材料造钍基熔盐核反应堆,那么这个反应堆很难长时间运行,只要几年时间各处管道就会被“熔盐”腐蚀出问题。

其二是核原料裂变过程中被消耗的问题。

钍基熔盐核反应堆设想的是让核原料在“熔盐”中流淌,但是核原料在裂变过程中会被消耗。并且核裂变还会产生大量中子的裂变产物。

核原料被消耗还好说,想办法往“熔盐”里面添加核原料就行了。

但对于后者,也就是裂变产物,当前就没有太好的解决办法了。

核裂变会产生大量不参与裂变的物质

这些东西会在“熔盐”中不断累积,还会影响核原料的裂变效率。

如果没有办法处理这些裂变产物,该型核反应堆的功率就会降低,经济价值就会下降。

因此钍基熔盐核反应堆虽然前景很广阔,但在当前技术条件下,要想商用还有很远一段路。

信息来源: 【1】新浪财经·《内蒙古发现22万吨“钍”矿,够14亿中国人用2万年!》 【2】央广网·《甘肃武威钍基熔盐堆即将建成小型实验堆》 【3】北晚在线·《这场灾难过去14年,福岛的“死结”正越系越紧》 【4】人民网·《第四代核能系统:“钍”里“淘金”》

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