第四代核能技術(shù)全球領(lǐng)跑

日本東京電力公司近日稱，福島第一核電站第四輪核污染水排海將于2月下旬開始，排海總量預(yù)計7800噸。去年8月，日本一意孤行開始向大海和太平洋排放福島第一核電站的核污染水，遭到國際社會強烈批評和反對。

不過，我國去年6月7日獲準運行的液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆，將基本終結(jié)福島核電事故之類的安全事故，為核電站的安全運行守關(guān)把門。2021年9月下旬，世界首個釷核反應(yīng)堆在甘肅省武威市成功測試。這一核反應(yīng)堆雖然功率只有2000千瓦，但也能為1000戶居民提供電能。這代表著我國率先掌握了第四代核能技術(shù)，一躍成為全球新能源領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

那么，什么是第四代核能技術(shù)，什么是釷基熔鹽實驗堆，它還有哪些值得介紹的地方嗎？

面對能源危機和煤、油等化石燃料對環(huán)境造成的污染，作為人類的新型能源，核能和核電以綠色、高效、低碳排放和可規(guī)模生產(chǎn)的突出優(yōu)勢，成為比較理想的替代能源。它是我國兌現(xiàn)減排承諾、實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”戰(zhàn)略部署的必然選擇。核電也并非完美無缺，科技的演進發(fā)展到了第三代，但核能利用過程中的諸多缺陷仍有待克服。核安全問題始終像“達摩克利斯之劍”讓公眾心存疑慮：核燃料供應(yīng)、核廢料處理、核武器擴散等問題，也一直揮之不去。

為此，全球科學家力爭更進一步研發(fā)能解決上述問題的先進核能系統(tǒng)，這就是第四代核電技術(shù)，一般稱第四代核能系統(tǒng)。它目前處在原型堆技術(shù)研發(fā)階段，預(yù)計將在2030年投入使用。目前，國際上公認的第四代核反應(yīng)堆型有氣冷快堆、熔鹽堆等六大不同的系統(tǒng)。現(xiàn)在，我國在氣冷快堆、熔鹽堆研發(fā)都處于領(lǐng)先地位，成為第四代核電技術(shù)乃至全球新能源領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

熔鹽堆是第四代核能系統(tǒng)研究候選堆型中唯一的液態(tài)燃料堆。我國研發(fā)的熔鹽堆，具體來說是“釷基熔鹽堆”，通俗地說，就是用釷元素作為核燃料、用融化狀態(tài)的鹽作為熱介質(zhì)進行發(fā)電。

釷是帶灰色光澤的放射性金屬元素，質(zhì)地柔軟，化學性質(zhì)較活潑，可溶于氟化鹽溶液中。釷基熔鹽堆和常規(guī)鈾反應(yīng)堆不同，內(nèi)部循環(huán)的不是水而是液態(tài)鹽。這就是熔鹽堆的關(guān)鍵所在，它既可被當作核燃料的承載體，又能被當作核裂變反應(yīng)的冷卻劑，因此在使用時要將它溶解在氟鹽冷卻劑里生成氟化鹽。熔鹽堆使用熔融狀態(tài)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。

作為一種新型反應(yīng)堆，釷基熔鹽反應(yīng)堆有選址靈活、小型化、新型燃料釷資源豐富、安全性大大提高、能量轉(zhuǎn)換效率更為優(yōu)異等好處。由于它是用高溫熔鹽，氟化鹽作冷卻劑，所依賴的水資源比較少，不像鈾反應(yīng)堆那樣只能在大江、大海、大河邊上建造，它們也能在缺水的干旱地區(qū)甚至沙漠地區(qū)建造和運行。

這一反應(yīng)堆適合建成緊湊、輕量化和低成本的小型模塊化反應(yīng)堆，也就是將它小型化，以后買電就成了與買煤氣罐差不多的事。美國科學家正在開發(fā)用釷作為核燃料發(fā)電的汽車，如果研發(fā)成功只需要8克釷就可以讓一輛悍馬車開96萬公里，中途不需再加燃料。

釷本身比鈾的輻射量更低，比鈾要安全100倍。釷基熔鹽堆安全系數(shù)也很高。作為冷卻劑的氟化鹽沒有高溫燒毀的危險，即使發(fā)生事故也基本不會出現(xiàn)核泄漏以及污染環(huán)境的情況。

釷的使用率和能量轉(zhuǎn)換效率都比鈾更為優(yōu)異，釷基反應(yīng)堆所產(chǎn)生的放射性廢料非常少，用釷作為核燃料可以避免核武器擴散的風險。

釷的資源蘊藏量很豐富，目前地殼中的探明量為鈾的三四倍。我國目前已經(jīng)在地層中發(fā)現(xiàn)30多萬噸的釷資源，可供使用兩萬多年，因此可以說釷是鈾的“超級替補”。

我國建設(shè)釷基反應(yīng)堆只是一個開始，距離更安全、更清潔、最終也更便宜的釷反應(yīng)堆為人類服務(wù)還有很長的路要走。我們相信，在不久的將來它一定會得到大規(guī)模的運用并推動能源革命。

（作者系湖南省科普作家協(xié)會會員）