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發布日期：2022-04-26 點擊率：56
釷基熔鹽堆，這個聽起來讓人如墜云中的專業名詞，可能在三四十年后，成為我國能源供應的一大支柱。
不久前，作為中國科學院首批啟動的戰略性先導科技專項之一，“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統”項目正式啟動。其科學目標是用20年左右時間，研發出新一代核能系統，所有技術均達到中試水平并擁有全部知識產權。
幾十年后，核電站也許將能夠遍布我國領土，甚至就在大城市的四周——說不定，自家小區不遠的地下就有一個核電站。它會對我們的生活產生什么樣的影響？它安全嗎？該項目負責人、中科院上海應用物理研究所徐洪杰研究員，對這個未來的核電站進行了一番初探。
40年，將翻20倍
化石能源即將枯竭，太陽能、風能不夠穩定，水能開發已過極限……中國未來的能源支柱何在？
核能，似乎是一個靠譜的選擇：能量密度高、低碳排放、潛在的可持續發展。
“2005年，我國GDP總和為18.23萬億元，一次能源總耗量為22.3億噸標準煤。如今，我國已成為溫室氣體排放的大國，再過三四十年，我國GDP總量可能達到117萬億元，相應能源需求將增加多少？”徐洪杰說，發展需要更多能源，同時溫室氣體排放不僅不能增加，還要減少，真好比“又要馬兒跑，又要馬兒不吃草”，但核能可以做到。以現有的核電技術而言，1千克鈾所放出的熱量為196億千卡，而1千克標準煤只能放出7000千卡熱量。
因此，在全球氣候變化的節骨眼上，節能減排、低碳經濟正促使核能在全球復興。據國際能源機構（IEA）預測，至2050年，全球核電裝機容量將達到1200-1700GWe（百萬千瓦）。目前，我國核電僅占總能耗不足2%，根據國家發改委發布的核電中長期發展規劃，到2020年我國核電運行裝機容量將達到40GWe，2050年則可能提高到260GWe及以上。
這意味著，未來40年，我國的核能應用將翻20倍！
造好爐子，把“煤”燒凈
眾所周知，現在的核能系統——熱中子反應堆以鈾-235為燃料，然而鈾-235在自然界中的含量非常小。按照目前估計的裂變核能發展趨勢，地球上的陸基鈾-235的儲量將與化石能源同時枯竭。那可怎么辦？“我們需要一個更好的爐子，可以燒更多的核燃料。”徐洪杰說，這就是人類為何要研發新的核能系統。
他打了一個比方，上世紀四五十年代，很多孩子會沿鐵路撿煤渣，因為那時候鍋爐燃燒技術不夠好，煤燒不盡，撿回家還能生爐子。“目前最常用的核反應堆，就好比是一個不夠完善的爐子，只燒了很少一部分最優質的燃料，而留下了大量的‘煤渣’。”徐洪杰所擔綱的這個項目，就是要造一個新的爐子，不僅可以讓現在的核廢料煥發“第二春”，還能使用潛在的核資源釷-232。我國是釷資源大國，若能將釷用于核能，可保我國能源供應千年無憂。
中國選擇了熔鹽堆作為突破方向。“熔鹽堆使用熔融狀態的氟化鹽攜帶著核燃料——有點類似地殼里的巖漿，在‘爐子’中燃燒，不斷輸出巨大的能量。”徐洪杰說，作為國際第四代反應堆核能系統研究的六種候選堆型中唯一的液態燃料堆，它具有結構簡單、可以在常壓下運行、燃料“雜食性”強等優點。“新爐子”可以做得非常小巧，封入一定的核燃料就能穩定運行幾十年，而經過充分燃燒，理論上其產生的核廢料將僅為現有技術的千分之一。
由于全球新一代核反應堆尚處于研發中，因此我國自主研發釷基熔鹽堆，將可能獲得全部自主知識產權。這將使中國把能源的命脈緊緊把握在自己手中。
讓“核”不再咄咄逼人
過去，人們總是談“核”色變。但新一代核能將帶著綠色、和平的印記，帶人類走入新紀元。
傳統反應堆所產生的核廢料中，有大量易于生產核武器的核燃料钚-239，這使得核能的和平利用有了核武器擴散的風險。而“新爐子”燃燒釷-232產生核燃料鈾-233的同時還伴生雜質鈾-232，這使得釷-鈾核燃料被國際公認為不適合發展核武器。
此外，“新爐子”在常壓下運行，而非如傳統反應堆在高壓下工作，操作簡單安全。“當爐內溫度超過預定值時，設在底部的冷凍塞會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽全部流入應急儲存罐，核反應即終止。”徐洪杰告訴記者，由于冷卻劑是氟化鹽（同時攜帶燃料），冷卻后就變成了固態鹽，這使得核燃料既不容易泄露，也不會與地下水發生作用而造成生態災害。同時也使新一代反應堆的選址更加自由：它可建于幾十米深的地下，既可完全隔絕射線，又可防止敵人的武器攻擊；它既可建于大城市中，也可工作于荒郊野外，為偏遠山村送去恒久的電力……
前景雖然美妙，但科學家還有很多難題需要攻克。從世界上第一座反應堆試驗成功，到核電站的商業推廣，經歷了近20年的時間；而到目前主流核電站技術的成熟，又經過了20多年的發展。“新一代反應堆真正實現推廣使用，可能還需要20-30年的時間。”
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