说起核燃料,人们的脑海中第一时间浮现的就是“铀”。
但世界各国目前都处于缺铀的焦虑之中,我国也同样,自主产量根本满足不了需求量。
在能源紧张的情况下,寻找一种可替代的能源或者如何开源成为了当务之急。
其实寻找可替代的燃料不难,难的是什么样的能源在具备作为核燃料的条件时,还具备丰富的储量足够使用。
之前这的确成为了长时间困扰我们的问题,可现在,随着全球首座钍基熔盐堆即将开建,核能源紧缺的难题似乎有了希望。
铀的超级替补
1942年,全球首座反应堆建成,从此开启了核时代。
比起传统能源,核能以绿色、高效、低碳排放和可规模生产的优势,迅速在世界范围内铺开。
目前,全世界运行的核反应堆消耗的主要燃料就是铀235,但世界上的铀235的蕴藏量非常非常少。
如果按照国际通用算法,核电规模在未来不断增大,那铀235矿将在30年内用尽。
所以找到一种可替代铀235的新燃料显得尤为重要,其中,钍(tǔ)成为了铀的“超级替补”。
钍的优点非常明显,第一点,就是它在全球拥有丰富的储量。
根据探查,钍大量存在于地壳表层,储量是铀的三倍到四倍之多。
对于钍的储量,还有报道认为,它的丰富程度和铅差不多。
对于我国来说,钍的优势更加明显,因为我国境内的钍铀储量之比约为6:1,居于世界第二位。
如果用钍作为核燃料的话,那我国就无需再为铀资源不足而感到紧张了。
第二点,钍的能量非常高。和铀在进入反应堆之前需要高浓缩不同的是,钍并不需要这一道工序,它可以直接作为核燃料使用。
同时,同样的一吨核燃料,钍的能量比铀要大得多。一吨的钍产生的能量相当于200吨铀。
有诺贝尔奖获得者表示,一块拳头大的钍,就足以为伦敦供电一个星期。
第三点,钍还能避免核扩散。在传统的反应堆中,铀被中子撞击后裂变产生中子,从而达成连锁反应,产生源源不断的能量。
但传统铀反应堆会产生核废料,里面含有大量的钚239,这是生产核武器的重要元素之一。
如此一来,传统铀反应堆的存在将会随着时间增加核扩散的风险,这并不利于人类的可持续发展。
相比较之下,钍作为核燃料之后除了能够产生核能,几乎不存在核扩散。
这是因为钍的特性所致,它本身并不会发生裂变,想要产生能量,只有用中子去轰击它,钍才会进行反应转化为铀233,然后进入钍-铀的燃料循环。
第四点,以钍为燃料的熔盐反应堆可以无需使用水作为冷却剂。
传统的压水堆通过循环水作为冷却剂,这除了会产生核废水之外,安全性还难以被保障。
但钍基熔盐堆的使用的冷却剂是携带燃料的氟化盐,熔盐既是加载核燃料的载体,在冷却之后就会变成固体,又作为冷却剂存在。
如此一来,核燃料几乎不会被泄露,也不容易发生像日本核废水那样的生态灾害。
第五点,由于钍基熔盐堆可以不使用水作为冷却剂,传统的需要保持大气压的反应炉也不存在,对于环境的要求不高也就意味着,除了安全性有所保障之外,核反应堆可以大大减轻体积。
在技术的加持下,钍基熔盐堆可以做成传统的百分之一甚至是千分之一。
这意味着什么?意味着只要技术成熟,它甚至可以应用在各种军事装备上。
核动力航母,核潜艇,甚至是那些只存在于科幻中的核轰炸机等等。
就算是不被用在军事装备上,那钍基熔盐堆的优势也是巨大的。
现在的核电站根本离不开水,但钍基熔盐堆却不需要大量水作为支撑,那我们完全可以将其建立在国内任何一个地方。
比如说地下,再比如说干旱地区,加上钍在自然界中可观的储量,那能源紧张问题和自然环境问题将会被大大缓解。
不过,既然钍作为核燃料的好处这么多,为什么世界上使用的大多还是铀反应堆呢?
为什么钍基熔盐堆应用极少
其实从上世纪四十年代的时候,熔盐堆就已经出现了。
当时美国为了研究核动力轰炸机,便启动了一个计划,他们的动力源之一就是熔盐堆。
1954年,第一个小型熔盐堆实验装置测试成功,也就是说,熔盐堆是完全可行的。
而将钍作为核燃料的历史同样非常早,最早出现在1966年,当时是运行了一个功率为10兆瓦的熔盐堆,三年间,除了必要的维护之外,钍基熔盐堆一直都平稳运行着,直到1969年经费不足。
奇怪的是,钍基熔盐堆明明当时就已经被证明成功了,为什么后来并没有被广泛应用呢?
实际上,这与当时的国际形势息息相关。
当时美苏进入冷战,相应的军事装备不断迭代升级,原本研发钍基熔盐堆是为了打击既定目标,但战略导弹的出现却补足了这个短板,战略导弹也可以打击既定目标,甚至成本也大幅缩减。
还有一个原因则是核武器。铀反应堆的使用不止可以满足能源需求,还能提取钚元素制作核武器。
美国自然不会放弃这个机会,所以一个单纯只能发电作为动能的钍基熔盐堆自然就不受重视了。
那么我国呢?我国需要发展基建,对于核武器的需求不大,钍基熔盐堆可谓是非常适合我们了,但为什么直到现在才进行了钍基熔盐堆的建造呢?
说起来也非常辛酸,当时就算我们有心,但各种条件的限制使得我们不得不放弃。
第一是对耐腐蚀性材料的选择,技术的限制令我们几乎寸步难行。
第二则是基础建设的不足。那个时候,我国的电力网络建设还不完善,就算是建造了钍基熔盐堆,电力运送技术的落后将会造成大规模的浪费。
直到2011年,我国才重启了钍基熔盐堆的研究,计划用20年时实现钍基熔盐堆的应用。
根据相关消息显示,我国将在2025年开建全球首座钍基熔盐堆核电站,到2029年满功率运行。
有专家预估,在钍基熔盐堆核电站开始工作之后,其生产的能源足够我国使用两万年。
届时,中国的能源几乎不需要依赖进口,因为中国的钍储量位居世界第二,加上中国完整的产业链,完全可以做到自给自足。