9月7日，《自然》雜志網(wǎng)站報(bào)道了一項(xiàng)中國(guó)正在低調(diào)測(cè)試的黑科技，叫做“釷反應(yīng)堆”技術(shù)。釷是元素周期表中第90號(hào)元素, 是一種放射性較弱的銀色金屬，天然存在于巖石中。最近，我國(guó)在甘肅武威啟動(dòng)了釷反應(yīng)堆的試運(yùn)行，這是世界上第一個(gè)“釷反應(yīng)堆”商業(yè)化試運(yùn)行項(xiàng)目。

“釷反應(yīng)堆”不同于“鈾堆”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

     普通的核電站是利用鈾或者钚發(fā)生核裂變反應(yīng)，釋放大量熱量而發(fā)電的。而釷元素發(fā)電的物理過(guò)程，跟鈾、钚一樣，也是通過(guò)原子核的裂變產(chǎn)生能量。只不過(guò)，釷元素的裂變過(guò)程要多一步，就是釷原子需要首先吸收中子變成鈾233原子，然后再裂變釋放能量。

      既然釷元素需要先變成鈾元素再進(jìn)行裂變，為什么不直接用鈾元素裂變？主要是因?yàn)橛免Q來(lái)做核原料有四大優(yōu)勢(shì)：

      第一，釷元素的儲(chǔ)量非常豐富。據(jù)目前探明情況看，釷的儲(chǔ)量大概是鈾元素的4倍。這意味著使用釷元素來(lái)發(fā)電，足夠全人類(lèi)使用幾千年。特別是釷元素在我國(guó)的儲(chǔ)量非常豐富，儲(chǔ)量?jī)H次于印度排第二位，而且釷元素通常是和稀土混合在一起被開(kāi)采出來(lái)的。

      以前，因?yàn)殁Q元素在工業(yè)上沒(méi)有什么用處，通常被當(dāng)做稀土開(kāi)采過(guò)程中的廢物處理掉?，F(xiàn)在，隨著釷反應(yīng)堆技術(shù)逐漸成熟，這些“廢料”將發(fā)揮出很大的價(jià)值。而且可以想象，隨著釷元素有了更大應(yīng)用價(jià)值，它的探明儲(chǔ)量可能還會(huì)進(jìn)一步增加。

     而我國(guó)的鈾礦“規(guī)模小、品位低、較分散”，天然鈾高度依賴(lài)出口。

       第二，釷反應(yīng)堆更加安全和清潔。對(duì)鈾反應(yīng)堆電站來(lái)說(shuō)，我們往往擔(dān)心其安全和污染問(wèn)題，比如福島核電站到現(xiàn)在還在產(chǎn)生新的核廢水。但是，釷元素就沒(méi)有這些問(wèn)題。釷反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料是一種固體的結(jié)晶鹽，經(jīng)過(guò)處理之后可以循環(huán)使用或者掩埋，對(duì)于環(huán)境的影響非常小。

      第三，釷反應(yīng)堆的發(fā)電效率更高。這次報(bào)道的反應(yīng)堆，學(xué)術(shù)名稱(chēng)叫做釷基熔鹽堆。通俗地說(shuō)，就是基于釷元素作為核材料，用融化狀態(tài)的鹽作為熱介質(zhì)，來(lái)進(jìn)行燒水發(fā)電的核反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆使用了融化狀態(tài)的鹽來(lái)進(jìn)行發(fā)電，它的內(nèi)部溫度可達(dá)到幾百攝氏度，這種溫度下的發(fā)電效率可以達(dá)到50%，比以往的核電站要高很多。

      第四，釷反應(yīng)堆發(fā)電對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好。傳統(tǒng)的鈾核電站由于散熱冷卻，需要建設(shè)在像是大河或者海邊這樣水資源豐富的地區(qū)。這不僅提高了核電站建設(shè)的用地成本，而且限制了能夠使用核電的地區(qū)，同時(shí)也帶來(lái)了水資源污染的風(fēng)險(xiǎn)。而釷反應(yīng)堆由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于建設(shè)地點(diǎn)就沒(méi)有這么苛刻的要求，甚至有些釷反應(yīng)堆還可以建設(shè)在地底下，最大限度降低了核電站對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

中國(guó)成功攻克難度極大的“釷反應(yīng)堆”技術(shù)

      早在20世紀(jì)40年代，國(guó)際上就提出了熔鹽反應(yīng)堆的概念。從60年代開(kāi)始，美國(guó)、蘇聯(lián)、法國(guó)、日本等國(guó)進(jìn)行了早期實(shí)驗(yàn)都失敗了，因?yàn)闊o(wú)法解決管道、熱交換器等被放射性腐蝕破裂和“水垢”問(wèn)題。近年來(lái)，越來(lái)越多的國(guó)家重啟熔鹽堆研究項(xiàng)目。

       我國(guó)在釷反應(yīng)堆上的技術(shù)走在了世界的最前沿。上海原子核研究所在1971年和1973年分別建成可零功率熔鹽堆和水堆，此后長(zhǎng)期開(kāi)展釷基燃料實(shí)驗(yàn)。2011 年，中科院圍繞國(guó)家能源安全與可持續(xù)發(fā)展需求，部署啟動(dòng)了首批戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)）“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）”，計(jì)劃用 20 年左右的時(shí)間，在國(guó)際上首先實(shí)現(xiàn)釷基熔鹽堆的應(yīng)用，同時(shí)，建立釷基熔鹽堆產(chǎn)業(yè)鏈和相應(yīng)的科技隊(duì)伍。2011年，我國(guó)批準(zhǔn)在甘肅省沙漠城市武威建造釷基熔鹽堆核能系原型。同時(shí)，集中全國(guó)力量攻堅(jiān)破難，取得可承受1000攝氏度高溫釷鹽輻射合金等一大批成果，成功解決一系列重大難題。

武威商用“釷反應(yīng)堆”全球首個(gè)

     我國(guó)甘肅武威的這座釷反應(yīng)堆，是世界上第一個(gè)商用級(jí)別的釷基熔鹽堆。

     據(jù)悉，這座位于中國(guó)甘肅武威的實(shí)驗(yàn)性釷反應(yīng)堆已于 9 月底啟動(dòng)試運(yùn)行。根據(jù)武威市政府官網(wǎng)此前發(fā)布的一則消息，釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)項(xiàng)目于2018年9月30日開(kāi)工建設(shè)，主體工程于2021年5月已基本完工，在8月底完成機(jī)電安裝，9月啟動(dòng)調(diào)試。

     據(jù)報(bào)道，這座反應(yīng)堆將首先為大概1000戶(hù)人家提供電力。如果試運(yùn)行順利，我國(guó)未來(lái)將建設(shè)規(guī)模更大的、能夠?yàn)?0萬(wàn)人提供生活用電的發(fā)電站。比起還很遙遠(yuǎn)的可控核聚變發(fā)電技術(shù)，釷反應(yīng)堆可能是在我們有生之年就能夠?qū)崿F(xiàn)的能源革命。

     世界上已知的釷元素儲(chǔ)量可以至少為世界提供1萬(wàn)年的能源支持。釷的提煉技術(shù)已經(jīng)完全成熟，99.9%的純度。

      中國(guó)國(guó)家發(fā)改委能源研究所能源模型專(zhuān)家姜克雋表示，這些反應(yīng)堆是幫助中國(guó)在2050年左右實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)的“最佳技術(shù)”之一。

“釷反應(yīng)堆”將成為終極能源方案

     熔鹽堆使用高溫熔鹽作為冷卻劑，具有高溫、低壓、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱容等熱物特性，無(wú)需使用沉重而昂貴的壓力容器，適合建成緊湊、輕量化和低成本的小型模塊化反應(yīng)堆。

      早在2014年8月《英國(guó)每日科技》報(bào)道，中國(guó)制造成功絕密釷核電池，世界上唯一一家第一掌握并應(yīng)用絕密的中國(guó)釷核電池動(dòng)力技術(shù)，將助力中國(guó)上天入海大顯神通。目前，中國(guó)科學(xué)家們已經(jīng)在開(kāi)發(fā)成功制造利用釷代替鈾作為新型核燃料的釷核電池技術(shù)，釷核電池高科技產(chǎn)品被列入中國(guó)重點(diǎn)火炬與星火計(jì)劃、中國(guó)重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃和中國(guó)高新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目。

      據(jù)美國(guó)媒體報(bào)道,美國(guó)科學(xué)家查爾斯史蒂文斯正在研發(fā)用核燃料釷發(fā)電的汽車(chē)，1噸的釷能制造出10億瓦的電,一噸釷可以提供相當(dāng)于200噸鈾,或者350萬(wàn)噸煤所提供的能源,利用釷作為汽車(chē)電力,只有8克就相當(dāng)于加了6萬(wàn)加侖汽油,足以讓悍馬車(chē)跑96萬(wàn)英里,只需充電一次就能撐到車(chē)子壞掉。

       俄羅斯已研發(fā)出核動(dòng)力巡航導(dǎo)彈和核動(dòng)力魚(yú)雷，實(shí)現(xiàn)了核動(dòng)力小型化實(shí)用化，但其核動(dòng)力到底是鈾反應(yīng)堆還是釷反應(yīng)堆？外界只能猜測(cè)。

      隨著中國(guó)釷反應(yīng)堆技術(shù)進(jìn)一步完善，中國(guó)核動(dòng)力小型化實(shí)用化商業(yè)化也將指日可待！