在未来人类会受到“能源危机”的威胁,那么,我们怎样才能解决这个问题?
我国的科学家作出解答,他们提出用一个元素取代石油、煤等不可再生能源。
这个元素就是钍,该元素的“魔力”在于我们不需要去找,有很多埋藏在地球的土壤里。
2024年11月,我国的能源领域传来大好消息,由中国科学院主任王寿君领导的“清华大学-南卡罗来来大学钍能量联合中心”准备在中国戈壁滩建一座全球首座钍基熔盐堆。
熔盐用于高温熔融盐作为冷却剂的核反应堆称为钍基熔盐堆,相比于传统核能反应堆具有更高的安全性。
什么是熔盐堆?2019年2月美国的《自然energy》中提出要建一座全球首座钍基熔盐反应堆,如果这样是对我国科研工作的一次挑战。
自建国以来,由于种种原因,我国家下一步做什么做一个计划,而且中国核能研究也逐渐摸索出路。
钍基熔盐堆又叫熔盐反应堆,是利用高温熔融盐作为冷却剂的一种核反应堆,熔盐堆即用高温液态熔盐作为冷却剂,将热量从核反应区引出,并将热量转化为电能。
熔盐作为优良冷却剂,由于其较高的沸点和良好的热力学性质,在高温下仍能保持稳定和良好流动性的特点。
相较于轻水型反应堆,采用高浓度氟化锆,这种熔盐具有优于轻水型反应堆的热交换性能,且由于其高沸点,不会在运行中造成爆炸等事故。
此外,熔盐的成分可以根据具体需要进行调配,不仅能满足不同反应堆类型的需求,还可以提高经济性和适应性。
根据具体反应堆类型的需求,可以调配不同成分和浓度的熔盐,以实现更高效、经济和安全的反应堆运行,使得熔盐堆在核能领域逐渐受到重视。
钍基熔盐堆的研究始于20世纪50年代,主要集中在英国、美国和前苏联等国家,但随着时间推移,各国研究热衷度逐渐减弱,进展缓慢。
20世纪80年代初期,我国开始开展相关研究工作,凭借着丰富而优质的海水铀矿资源储量,为我国开展核能工作提供了巨大潜力。
而现在,我国在钍基熔盐堆方面已经取得了一定的研发积累。
随着全球能源问题日益突出,以及环境保护需求的增加,国内外对于清洁、安全、高效的能源技术的研究愈加迫切。
因此,我国在钍基熔盐堆方面开展深入研究并取得技术突破,将为全球氪带来更加清洁和安全的核能,同时也为我国在航天等领域开辟了广阔的应用前景。
在当今新能源竞争日益激烈的背景下,各国都渴望掌握新技术,以提升国家实力并推动自身发展。
这一过程中,无论是国内还是国外的竞争与合作,都为我们提供了新的机遇和挑战,因此我们应该引起足够重视。
钍基熔盐堆的特点。传统反应堆采用砷化锗石作为固体燃料,将其置于反应堆内进行裂变反应,并使用水作为冷却剂,石墨中子减速剂。
这样一种直接利用核能产生电力的方法具有很大的风险:
第一,当发生核事故时,放射性气体会大量排放到周围环境中,严重污染空气并威胁公众健康;
第二,在高温条件下,很容易导致核反应堆出现失控现象,从而引发高于水沸腾点的爆炸及后果。
同时,为了防止大型爆炸,第一个反应堆发电装置就投入了大量的人力物力建设工程。
随着技术进步,持续33年之久的美国三哩岛核电站事故和切尔诺贝利核事故给全世界上了一堂深刻的课,我们应该得到警示。
新一代的六代核电改进设计提高了安全性,采用分布式反馈系统、被动安全系统以及多重安全壳等,以确保当前新建的核电站运行安全,这些措施能够有效降低可能发生重大事故或故障带来的风险,保障了公众及周边环境的安全。
风险主要来自以下几个方面:
其一是来自周围邻居国家和地区对其态度的不确定性,其二是来自恶劣自然灾害,例如海啸、火山爆发等。
然而,在信息不对称和监督手段不足的情况下,我们无法完全确定这些国家是否会对其核电厂设置安全防护性等防护措施。
例如,某些国家所采用的“自然冷却”设计实际上是利用附近河流或海水进行冷却,但如果发生非常规事件,比如极端干旱导致河流水位下降,或者海平面上升淹没了海岸线,这种冷却方式将失去效力,并且这些国家没有保留任何备用油井。
最令人遗憾的是,目前甚至连全民性的核电计划都尚未实施,而我们的邻居们已经陆续建立起50座轻水反应堆。
如果这些国家能够进一步采取有效措施,使这些轻水反应堆升级为新一代先进型,这将给我们带来巨大的压力。
因此,现在必须让公众意识到这一点以便早日做出准备,同时积极寻求政治和舆论方面的合理优势。
为了保证核电厂运行过程中的安全性和稳定性,可以采用各种方式来设计和建造反应堆,例如利用高浓度氟化锆溶液作为冷却剂,通过控制其浓度来调节冷却效果,并利用对流效应来实现自然循环冷却,从而降低事故发生风险,提高反应堆安全性。
钍基熔盐堆与传统重水型或轻水型反应堆相比,具有以下优点:
第一,提高了初期投资回报率;
第二,提高了发电效率;
第三,提高了资源利用率。
其背后的原因主要体现在三个方面:
首先,与固体燃料棒相比,液态熔盐燃料具有更高的核能密度,这意味着单位体积内储存的能量更高,从而提高了能量输出效率。
其次,由于采用了液态燃料形式,可以通过燃料再循环过程,将消耗后的裂变产物及时带走,从而提高了裂变产物中可裂变材料的回收率,提高了资源利用效率。
最后,钍基熔盐堆所采用的混合氧化物燃料中富含铀238同位素,比重约为0.65,因此能够有效降低自然铀同位素耗费率,实现资源节约。
然而,目前的问题是,我国并没有现成的大量工业基础设施能够支持这一研究。
探索丰厚利益。我国有着丰富的钍矿资源,其数量能够满足我国全体人民的用量,这对于我国能源独立具有重要意义。
我国每年消耗大量石油和煤炭等不可再生能源,其中有三分之一需要依赖其他国家供应,这使得我国每年要花费数万亿人民币来购买这些能源,并给他国带来巨大的经济利益。
然而,这种局面并不有利于我国,只会使其他国家陷入强势地位并加大对我国的制约。
正所谓“谁拥有资源,就由谁主宰”。
想要实现这一目标,就必须提高提取钍资源工业化能力,同时加强政策制定与实施,更好地利用国内资源优势,实现可持续发展。
其次,也要积极推动技术转移与合作,加快科技进步,提高经济效益,推进经济结构调整,实现绿色发展目标。
这一系列举措将为我国能源独立奠定良好基础,同时也对全球能源格局可能产生深远影响。
随着清洁、安全和可再生能源需求不断增长,钍基熔盐堆有潜力成为全球主要能源形式,对抗气候变化和减少温室气体排放功不可没,对全球环境保护与可持续发展做出重要贡献。
在航天领域,钍盲熔盐堆也显示出了广阔前景。
越来越多的探测器和载人飞船计划探索宇宙深处地区,为人类太空探索提供新的机遇和挑战。
然而,在远离地球的太空环境中,我们最担心的是能源问题,当一旦遇到太空辐射或其他未知因素影响时,我们需要稳定可靠能源以保证生命维持系统正常运转并确保宇航员安全回家。
这就是为什么我们需要探索用钍基熔盐堆作为太空船动力源方案,其无须携带大量燃料和氧化剂,同时具备高能量密度及可再生特性,可以满足长时间深空探测任务对能源稳定性与可靠性的要求。