茫茫戈壁滩上,一座埋在地下的核反应堆正悄然改变全球能源格局,在这里却并未像传统的核电站那样矗立起高耸的冷却塔,也没有因海岸的选址所带来的诸多限制,只有那滚烫的熔盐在管道中无声地流动将钍的元素所蕴藏的惊人的能量,全部的释放出来。
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可谓是中国刚刚建成的钍基熔盐实验堆的“三元才子”,全球唯一实现了钍铀的燃料转换的第四代核能系统,甚至还被美国的《麻省理工科技评论》评为“失效安全”的“黑马”核能技术。
“点石成金”的能源魔术
钍这种银白色金属,名字听起来陌生,却是中国能源战略的“隐藏王牌”,而我们国家的钍储量却远远大于铀的资源,甚至仅内蒙古那些伴生的稀土矿中提炼的钍就足以支撑中国的千年能源需求了。
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但钍本身不能直接裂变,需要经过“中子轰击”转化为铀-233才能释放能量,好比将煤炭炼成焦炭再燃烧,技术门槛极高。
经过长期的不懈努力,中国的科学家终于以优异的成绩跨过了这一关口,通过对钍-232的连续的核分裂在甘肃武威的地下14米的实验堆中将其在液态的熔盐中持续的转化为铀-233从而实现了“燃料自循环”的原子能的基本条件。
与传统的须停堆换料的核电站形成了鲜明的对比,其在线的燃料补充的方式更是像给汽车加油一样方便高效的提升了30%以上的燃料利用率。
为何美国放弃,中国却成功了?
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上世纪50年代,美国曾在橡树岭实验室建成钍基熔盐堆,但冷战背景下,更易生产武器级钚的钚基快堆获得优先发展,时任能源顾问的“氢弹之父”泰勒曾叹息这是“一个可以原谅的错误”。加之当时全球铀矿大量被发现,钍技术被迫搁置。
中国则因战略需求重启这条路线,2011年立项,上海应物所联合近百机构攻关,连熔盐管道“冻堵”都要科研人员钻入45℃高温的设备间手动排障。如今,反应堆关键设备100%国产化,耐腐蚀合金材料将熔盐腐蚀度控制在每年2微米,比国际水平提升10倍。
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通过将传统的安全设计“颠倒”来为无水的冷却、地下运行的核电站的设计提供了全新的安全思路.
传统核电站需建在海边,只因需要巨量水源冷却堆芯。而钍基熔盐堆用氟化盐替代水,高温熔盐自带循环散热能力,让核电站彻底告别“饮水大户”的称号。甘肃民勤实验堆建在荒漠地下,正是凭借这一特性。
它的安全机制更令人惊叹:反应堆在常压下运行,彻底杜绝爆炸风险;温度过高时核反应自动减缓直至停止;还设有“冷冻阀”非能动安全系统,异常情况下熔盐会流入地下储罐凝固成块,从根本上避免堆芯熔毁。
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从实验堆到能源革命:2035年或改变世界
但当前我们仅凭2兆瓦的实验堆就以为自己能“三步走”地实现“百万千瓦”甚至“千万千瓦”的核电大跃进,其实这更像是“三步倒退”了,下一步我们将以30兆瓦的研究堆为切入点,将在2035年前建成百兆瓦级的示范堆,并将实现从实验堆到商业化的“一步到位”的从试验到商业化的“一步到位”的重大转变。
其发电的同时同时,将可实现700℃的高温制氢,从而为我国的氢能产业的发展提供了新的重要的原料来源。
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不仅能为我们带来一份经济的“油饼”,更深远的意义在于能为我们带来能源的真正的自主。但我们国的核电却长期以来就取之不尽用之不竭的“铀之宝”而至今仍未能从钍的自主可控的资源中解脱出来。
技术的不断迭进同时,我们不仅可以更好的满足国内的“核电+核能”发展的需求,同样也可以将其输出到“一带一路”沿线的缺铀富钍的国家如印度、东南亚地区,在更好的解决了他们的能源的需求的同时也更好的规避了核的扩散的风险。
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戈壁滩下的这座反应堆,正悄然点燃一场能源革命。它背后是几代中国核工业人从“两弹一星”到“华龙一号”的技术积累,更标志着中国在第四代核能赛道已领先半个身位。当化石能源时代渐近尾声,钍基熔盐堆或将成为人类能源史上的下一座里程碑。
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