不怕卡脖子！中国第4代核裂变反应堆，钍基熔盐堆有多牛？

60年前，美国的先进技术曾经创下了世界首例！如今再度重启，进度却落在了我国后面。

这项技术，名叫钍基熔盐堆，是第四代核电站的重点项目之一。正如比尔·盖茨所说的那样，中国的核电站技术，正在挑战美国等国家的领先地位。

钍基熔盐堆，到底是什么？它到底有多牛？

钍基熔盐堆

所谓的堆，指的就是核反应堆，也就是整个核电站的“心脏”。核反应堆的结构是非常复杂的，简单来说，它包含了核燃料、慢化剂、冷却剂、控制系统、反应堆容器、屏蔽层等。这里会进行核裂变反应，产生能量。同时又要通过各种各样的装置来控制反应速度，保证核反应的平稳进行，不至于超出承受极限。

目前来说，世界上已经研发成功的核反应堆有很多种，主要包含压水堆、沸水堆、重水堆、气冷堆、快中子堆等，而熔盐堆，就是一种新型的核反应堆。

说它新型，其实是我们最近刚刚让它从理论走进了现实。如果说起它最早的研究，其实可以追溯到差不多八十年前！

1940年代末，美国橡树岭实验室为“核动力飞机”计划开发了熔盐堆原型——ARE（飞行器反应堆实验）。虽然它使用的是铀燃料，但奠定了熔盐技术的基础。1965年，美国建成了世界上第一座以钍为燃料循环的实验堆——MSRE，这才是真正意义上的“钍基熔盐堆”。

但美国的研究并没有持续下去。有专家推测，大概是冷战时期经济过于紧张，这种研究又不能直接用来轰炸苏联，美国就放弃了这方面的研究。

而在遥远的东方，我国从1970年开始启动钍基熔盐堆的研究，算下来也有55年的时间了。由于该项目是当年2月8日启动的，所以又被称为“728工程”。

不过，这项工程确实非常难，对当时的我国来说也确实力不从心。但728工程也没有浪费，它促成了我国的第一座核电站——秦山一期30万千瓦压水堆。

进入21世纪后，相关研究再一次被提及，美国能源部牵头发起了第四代核能系统国际论坛。当时论坛上一共提出了六个候选堆型，熔盐堆就是其中之一。

从此以后，不只是美国，法国、俄罗斯、日本、韩国等国家纷纷展开了对熔盐堆的研究。而以钍元素为反应原料的熔盐堆最受青睐，这就是所谓的钍基熔盐堆了。

2011年，中国科学院启动了“未来先进核裂变能—钍基熔盐堆核能系统（TMSR）”战略性先导科技专项。甘肃武威成为我国钍基熔盐堆核能系统的试验与示范应用基地。

我们都知道，目前的核裂变反应，使用的原料普遍是放射性元素铀-235。可是，钍在自然界占据绝大多数的同位素钍-232，放射性极弱，那它是怎么参与核反应的呢？

在这种反应堆里，科学家会首先利用中子进行轰击，使得钍-232转化为钍-233，后者就是放射性元素了，而且半衰期非常短，仅有21.83分钟。很快，它就会通过β衰变变成镤-233，后者再衰变为铀-233。这个铀-233，就可以作为核燃料使用了。

钍基熔盐堆的优势

为什么我们放着已经成熟的铀不用，反而要绕远路，拿钍来制铀呢？

• 资源含量不同

铀是一种比较稀有的放射性金属元素，在地壳中的平均含量只有百万分之二左右。尽管我国的铀储量在世界范围内也不算低，但普遍品位低，埋藏深，开采的成本和难度都比较高。

当年造原子弹的时候，我国就被铀卡了很久。直到今天，我们的核电站使用的铀矿，有2/3都依赖进口。

现在，大家一看到“依赖”“进口”这种词，一下子就会想到三个字——卡脖子。一旦未来某些国家要跟我们拼命，切断了对我国铀的输入，我们的发展将会面临巨大的危机。

玩过游戏红警的人都知道，电厂不能有效运转，对一个国家来说面临的是什么。

但钍不同。目前我国已探明的钍资源储量有差不多30万吨，仅次于印度，位居世界第二。而且，我国的钍分布比较广泛，有超过20个省市区已经发现了钍矿资源。

更重要的是，钍的开采难度远远低于铀，它甚至只是开采稀土时的伴生副产品。也就是说，即使不特意开采钍资源，我们也可以通过开采稀土时的副产品加以“废物利用”，就能得到钍资源，成本大大降低。

• 安全

核反应堆最首要的问题，就是安全。有没有电放在一边，最起码咱们得安全才行。核电站有多危险，切尔诺贝利和福岛都已经给出了血淋淋的教训。

而钍基熔盐堆的好处，就是其中的熔盐既可以做燃料，又可以充当冷却剂。它不再像传统核电站一样使用固体棒，而是反应原料在熔盐中流动。这些熔盐是极难汽化的，所以不需要高压环境，这就避免了相关操作失误可能带来的悲剧。

不仅如此，当反应堆的温度过高的时候，传统的核电站可能就会面临反应速度过快导致的核事故，而熔盐堆恰恰相反，其物理性质的改变会抑制反应的进行。也就是说，如果真的特别热了，它反而就会停止反应了，不容易引发核事故。

科学家的研究早就指出，钍这种元素，是不适合用来做核武器的。这说明什么？说明它安全啊，拿来发电正合适啊！

• 选址自由

另外，传统的核电站，都需要巨量的水来降温。一座百万千瓦级的常规核电机组，每小时就需要几千吨冷却水！一旦断水，堆芯就有可能过热，导致熔毁，酿成灾难。

那么，哪里可以源源不断地提供水呢？

显然，最合适的地方，就是海边。退而求其次，大河、湖泊的旁边也可以。目前世界上的核电站，普遍都是这样选址的。

而钍基熔盐堆里使用的高温熔盐，被称为完美的“热量搬运工”，靠自食其力就能在循环过程中带走多余的热量，不需要那么多水来冷却。

正因为摆脱了对水的依赖，钍基熔盐堆可以不再建设在水边，以防像福岛核电站那样面临台风酿成核事故的风险。比如我国这座熔盐，直接就建在了戈壁滩！未来，随着相关技术的发展，钍基熔盐堆甚至可以建设在地下，进一步避免自然灾害或者恐怖袭击导致的核事故。

• 核废料少

不仅如此，钍基熔盐堆还能有效解决一个重大难题——核废料的处置。

通过对核燃料和反应产物进行在线添加和在线分离处理，钍基熔盐堆的核燃料燃烧非常充分，从而大幅减少核废料的产生。研究表明，和铀-235的反应堆相比，钍基熔盐堆的核废料只有其1/10（有研究甚至说是1/1000）左右！

总结

说了这么多，这种钍基熔盐堆到底有多牛，相信大家就明白了。在可控核聚变走进现实之前，这种第四代核反应堆相比于传统反应堆，也算是一种蜕变了。

尽管美国六十年前曾经研究过，但再次重启时，直到今天尚无官方通报的任何实质性突破，进度和我国相比已经不占优势了，恰如当年的载人登月一样。

今天的美国，看样子已经不复当年之勇了。