当提及核能,相信很多人首先想到的便是那惊心动魄的广岛、长崎原子弹爆炸场景,又或是福岛核电站的恐怖事故。然而,这种对核能的惶恐和误解,其实源于对它的无知。

事实上,核能作为人类发现的最为高效的能量形式,正是解决全球能源危机的重要出路之一。

顾名思义,核能就是通过原子核的裂变或聚变反应释放出来的巨大能量。

相较于化石燃料,同等质量的核燃料可释放出万倍以上的热能,能量密度之高实属绝无仅有。

就拿铀235来说,它是目前商用核反应堆中最为普遍的燃料,1公斤铀235相当于约2500吨优质煤所蕴含的能量。可以说,核能无疑是最有发展前景的清洁能源之一。

自20世纪40年代,当人类首次成功实现受控核反应后,核能在全球范围内掀起了研究热潮。

截至目前,全球已有30多个国家拥有运营中的商用核反应堆,总计400余座,其中绝大部分是采用铀235作为主要裂变燃料。

然而,世界各国对核能的钟情很快便遇到了一个严峻的现实挑战:铀资源的日益枯竭!作为地球上储量仅次于铝和铁矿石的金属矿产,可用铀储量受限,供应日益紧张。

我国作为核电大国,铀资源贫乏的困境就更为突出。据不完全统计,2021年国内铀原矿产量仅有1800吨左右,而进口量则高达13000余吨,基本上无法满足国内需求。

可以想象,一旦我国对外依赖的铀资源供应遭到切断,国家能源安全将受到极大威胁,电厂面临停堆、整个能源体系将陷入癫痫。这无疑将带来无法估量的经济损失和社会动荡。

因此,打破对铀资源的依赖,实现能源的真正自主可控,对我国来说是一个刻不容缓的重大战略任务。

唯有如此,我们才能真正释怀于"卡脖子"的噩梦,为国家的长远发展赢得主动权。

面对日益枯竭的铀资源,人类可曾想过其他可以作为核燃料的元素呢?事实上,在这片广阔的宇宙星空中,自有更为丰富、高效的选择。

首先,大家大概都听说过"钚"这个词。没错,钚239便是除铀235之外另一种常见的核燃料。

它并非天然存在,而是通过中子轰击铀238后,经过两次衰变而形成的。由于钚239在热中子的作用下很容易发生裂变,因此被广泛应用于快中子增殖堆中。

然而,钚239的制备过程相对复杂,且本身还具有一定辐射危险和核扩散风险。所以能够彻底替代铀235而不失安全性,就需要另觅他径。

这时,铀233这个名字便不啻为一缕曙光,让人们重新看到了希望。与钚239类似,铀233也属于富集可裂变的铀同位素,通过诱发连锁裂变反应可释放出巨大能量。

然而和钚239不同,铀233在自然界中根本不存在,我们唯有另寻他路。

就在这时,一种存在于地壳中的放射性金属元素钍便被人们所重视。通过将钍232经中子轰击后发生一系列核反应,最终可以生成出铀233。这一过程被科学家们形象地称为"钍-铀循环"。

钍资源在地球储量之丰富,实在令人瞠目。据统计,钍的储量高达铀的3倍以上,达数百万吨之多。

而我国作为钍资源的第二大国,储量更是高达28.6万吨,其中内蒙古白云鄂博矿区一个就占了22万吨,几乎包揽了全国77.3%的钍储量。

可以说,钍资源对于我们这个"贫铀之邦"来说,无疑是上天恩赐的最佳替代品。有了丰富的钍资源护体,我们就可以彻底远离被"卡脖子"的威胁,实现能源真正的自主可控。

钍作为核燃料的优势还不止这些。细细品味,你就会发现它身上还有太多闪光的地方。

首先,钍本身所蕴含的能量密度实在是太惊人了。

据专家测算,相同质量的钍裂变能量,相当于铀235的200倍,煤炭更是高达35万倍!

可以说,丰富的钍储量就等于我们已经掌握了一把开启"火箭能源"的金钥匙。

只要能够掌握适当的利用技术,我国就能很长时间内解决能源供应的后顾之忧,全面缓解目前的燃眉之急。

更难能可贵的是,钍在核裂变过程中所产生的核废料要比传统核燃料少得多。

尤其是那种高放射性的钕系核素,在钍反应堆中简直是杯水车薪。据统计,钍反应堆产生的废物量仅为铀反应堆的6%。

如此看来,钍基燃料不仅可以保证供应长期有效,更重要的是它还将大幅降低环境污染风险,最大程度减少对生态环境的破坏,切实践行我国推行的可持续发展理念。

面对钍燃料这位全新的"超级核燃料",我们还有太多需要领略和赞叹之处。其优势确实是无与伦比,可谓举世无双。

首先,钍燃料所蕴含的能量密度实在是太惊人了!相比之下,同等质量的铀235就相形失色。

专家测算,钍一旦被点燃并发生裂变,所释放的热能居然相当于铀235的200倍之多,更别说煤炭了,高达35万倍的差距!

这种能量存储量之庞大,实在是任何一种化石燃料所无法企及的。

光从这一点来看,钍燃料对于解决人类长期能源危机,实在是拥有不可替代的重大意义。

一旦实现工业化利用,必将彻底终结人类漫长的"燃料寻求之路",铺就通往永续发展的宽广大道。

钍燃料的另一大优势,就在于能极大减少核废料的产生,降低对环境的污染。相较于铀反应堆,钍反应堆在运行过程中所产生的放射性核废物要少得多。

尤其是那种含量最高、半衰期最长、辐射毒性最强的钕系核素,在钍基反应堆中根本就微乎其微,几乎可以忽略不计。

据统计数据显示,钍燃料反应堆的核废料量仅为普通铀反应堆的6%左右。

如此一来,利用钍发电,不仅可以节省巨额的后处理费用,更重要的是能最大限度地减少对生态环境的破坏,切实践行"可持续发展"的环保理念,为子孙后代留下一片洁净景致。

除此之外,钍燃料产生的放射性废物虽然无法完全避免,但其半衰期也远远短于普通核废料。

从目前掌握的数据来看,钍基废物中最有毒的放射性元素,仅需300年左右就能自然衰减到无害水平。

相比之下,传统铀反应堆产生的高放废料,可能需要长达10万年的时间才能降至安全极限。

从这个角度看,钍燃料的环境友好性已经远远领先于普通核燃料,可以说是当之无愧的"清洁能源"。

除了钍资源本身所固有的诸多优势,我国在钍基反应堆的设计上也颇为用心,努力追求更高的安全性和使用寿命。

最新研发的堆型名为"熔盐堆",别出心裁的设计理念令其颇具革新性。顾名思义,所谓"熔盐",就是将钍化合物以熔融的液态盐形式存在。

相较固态铀燃料棒,熔盐燃料的原料成本低廉,制造工艺更为简单,无需精加工处理。

更重要的是,熔盐燃料在反应堆内部以流动液体的形式存在,这使得整个堆芯的结构得以大幅简化。

四通八达的管线和冷却剂循环系统将不复存在,全部被一个简单的钢制容器所取代,极大提高了反应堆的使用寿命。

熔盐堆最大的亮点,就在于其彻底摆脱了传统压水堆对高压冷却剂的强依赖。众所周知,由于反应堆需要维持极高温度和巨大的中子通量,因此必须要有强冷却剂不断循环带走热量。

但传统压水堆往往需要承受150大气压这么高的水压,一旦出现冷却剂泄漏,便可能引发严重的堆芯熔毁事故。而我们熟知的三里岛和福岛核电站事故,就是由此而起。

相较之下,熔盐堆的运行压力极低,即使发生泄漏,熔融态的核燃料也会很快凝固并将放射性物质牢牢封锁其中,避免了外泄的风险。

同时,熔盐堆在设计上还极力消除了很多事故隐患。

比如由于采用了被动冷却系统,即使出现严重故障导致冷却剂全部丧失,衰变热也无法累积,避免了堆芯熔毁;堆芯本身也不会发生临界,链式裂变反应自行终止。

总的来说,钍基熔盐堆不仅在燃料本身就具备环境友好等优势,在安全性和寿命方面也有着革新性的突破,实现了传统核电站所无法企及的巅峰水平。

我们完全有理由相信,钍燃料加上先进堆型的组合拳,必将缔造人类和平利用核能的全新里程!

不仅在发电领域大放异彩,熔盐堆同样可广泛应用于能源、工业等多个领域,满足人类对高品质热能的迫切需求。

凭借出色的高温传热性能,熔盐堆的发电效率可达45%至50%,远超传统反应堆的35%。更妙的是,它可将所产生的热量直接用于工业生产或市政供热,为社会创造更多综合价值。

此外,熔盐堆还可用于煤气化、氢气制取、海水淡化等诸多新兴领域。

英国甚至有报道称,中国已研发出首款钍电池,未来可拓展人类活动的广度和深度。钍资源的无限潜能,给我们带来了源源不断的惊喜。

中国在钍基熔盐反应堆的研发上,可谓是抢占了全球核能发展的制高点。虽然第一座液态燃料堆由美国在1950年代建成,却因中止研发而止步不前。

相比之下,中国自主研发的2兆瓦钍基熔盐试验堆已于2023年6月7日获得国家核安全局10年运行许可证。

这意味着,在未来的10年内,世界上唯一允许临界运转的钍基反应堆就在我国甘肃武威。

更值得期待的是,中国正按10MW实验堆—100MW示范堆—GW级商用堆的路线图推进钍基熔盐堆技术逐步产业化。

从安全性、环保性到经济性,钍燃料加身的新一代核电,无疑将更有利于推动全球核电事业长足发展。

钍燃料在环保低辐射、安全高效、资源丰富等方面的明显优势,注定将为人类拥抱清洁能源、实现"双碳"目标贡献重要力量。

面对气候环境挑战,能源体系低碳化是大势所趋。

钍基熔盐堆的诞生堪称核电技术飞跃,必将为人类能源事业注入新的动力和活力,让我们能够在笃定可持续发展方向的同时,扩展更为广阔的发展空间。

中能传媒研究院：全球核能发展动向及启（2023）

中商情报网：2022年中国铀市场预测分析：需求量及消耗量持续增长（图）

华经情报网：2023年中国天然铀产量、区域分布、进口量及竞争格局分析「图」

澎湃新闻，自主第四代先进核能研发迎重要节点：甘肃钍基熔盐实验堆获运行许可

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