探秘第四代核能技術(shù)：中國領(lǐng)跑全球新能源領(lǐng)域

核反應(yīng)裝置三維概念圖。視覺中國供圖

作者：段躍初

大家好，今天我要給大家科普一個(gè)高大上的話題——第四代核能技術(shù)。什么？核能還能有第四代？是的，你沒聽錯(cuò)。核能作為一種綠色、高效、低碳排放的新型能源，一直被認(rèn)為是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的關(guān)鍵。但是，核能利用過程中的安全問題、核廢料處理、核武器擴(kuò)散等問題，也讓人們憂心忡忡。所以，全球科學(xué)家們一直在努力研發(fā)更先進(jìn)的核能系統(tǒng)，這就是第四代核能技術(shù)。
第四代核能技術(shù)目前還處在原型堆技術(shù)研發(fā)階段，預(yù)計(jì)將在2030年投入使用。國際上公認(rèn)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)。而我國在氣冷快堆、熔鹽堆研發(fā)都處于領(lǐng)先地位，成為全球新能源領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。
那么，什么是熔鹽堆呢？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。我們國家研發(fā)的熔鹽堆，具體來說是“釷基熔鹽堆”，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(jìn)行發(fā)電。
釷是一種帶灰色光澤的放射性金屬元素，質(zhì)地柔軟，化學(xué)性質(zhì)較活潑，可以溶于氟化鹽溶液中。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。這種鹽既可被當(dāng)作核燃料的承載體，又能被當(dāng)作核裂變反應(yīng)的冷卻劑。在使用時(shí)，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(diǎn)類似地殼里的巖漿在“爐子”中燃燒，不斷輸出巨大的能量。
釷基熔鹽反應(yīng)堆有很多優(yōu)點(diǎn)，比如選址靈活、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。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(yùn)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(xué)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?zé)龤У奈ｋU(xiǎn)，即使發(fā)生事故也基本不會(huì)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(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
釷的資源蘊(yùn)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(bǔ)”。
我國建設(shè)釷基反應(yīng)堆只是一個(gè)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(huì)得到大規(guī)模的運(yùn)用并推動(dòng)能源革命。

參考資料：

第四代核能技術(shù)全球領(lǐng)跑 https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=12662961518354788275&item_id=12662961518354788275&study_style_id=feeds_default&related_id=3682308629425080160&related_type=0&ref_read_id=9c2db834-1ef3-4d34-a7e0-4389790a02a2&reco_id=10288a7c293cc0a88417000a&pid=&ptype=-1&source=share&share_to=copylink