2020年9月22日，在第75屆聯(lián)合國大會上，習(xí)近平主席向國際社會做出莊嚴(yán)承諾，中國力爭二氧化碳排放2030年前達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。雙碳目標(biāo)是在我國經(jīng)濟持續(xù)增長、能源需求還在增加的背景下提出的，實現(xiàn)這個目標(biāo)不僅需要我國能源結(jié)構(gòu)的加速轉(zhuǎn)型，更是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的一次巨大變革，是一場意義深遠的供給側(cè)和需求側(cè)革命。
雖然目標(biāo)雄心勃勃，但是我們想要達到這個目標(biāo)也是苦難重重，目前，我國是全球年度碳排放第一大國，我國的能源結(jié)構(gòu)依然以煤炭、石油、天然氣為主，清潔能源的比重較低，要想順利實現(xiàn)雙減目標(biāo)，就必須要大力發(fā)展清潔能源。我國最近幾年在水電、風(fēng)力、光伏、核能等領(lǐng)域不斷取得突破。
核能發(fā)電在技術(shù)成熟性、經(jīng)濟性、可持續(xù)性等方面具有很大的優(yōu)勢，同時相較于水電、光電、風(fēng)電具有無間歇性、受自然條件約束少等優(yōu)點，是可以大規(guī)模替代化石能源的清潔能源。因此在我國也在不斷地發(fā)展核技術(shù)，為人們供電供熱。
近日，Nature報道了中國在甘肅武威的使用釷的核反應(yīng)堆的試驗，這也是世界上的第一個，說明該反應(yīng)堆對核電的發(fā)展具有重大意義，如果中國的實驗反應(yīng)堆取得成功，它可能促進商業(yè)化，并幫助國家實現(xiàn)其氣候目標(biāo)。
據(jù)《武威日報》報道，釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)項目于2018年9月30日開工建設(shè)，目前主體工程已完工，正在進行裝飾裝修及機電安裝，計劃2021年8月底完成安裝，9月啟動調(diào)試。釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)項目建設(shè)具有重要戰(zhàn)略意義，為我們加快推進高質(zhì)量發(fā)展帶來了難得機遇。
科學(xué)家對一個以釷為燃料的實驗核反應(yīng)堆感到興奮，該反應(yīng)堆即將在中國開始試驗。盡管這種放射性元素以前曾在反應(yīng)堆中試過，但專家表示，中國是第一個嘗試將該技術(shù)商業(yè)化的國家。
該反應(yīng)堆不同尋常，因為它是熔鹽而不是水在里面循環(huán)。它有可能生產(chǎn)相對安全和廉價的核能，同時產(chǎn)生壽命遠低于常規(guī)反應(yīng)堆的放射性廢物。
釷是一種放射性較弱的銀質(zhì)金屬，天然存在于巖石中，目前幾乎沒有工業(yè)用途。研究人員表示，它是中國不斷增長的稀土采礦業(yè)的廢物，因此是進口鈾的有吸引力替代品。
澳大利亞核科學(xué)技術(shù)組織悉尼的核工程師林登·愛德華茲說：“釷比鈾豐富得多，因此在50或100年后，當(dāng)鈾儲備開始枯竭時，這將是一項非常有用的技術(shù)。”但他補充說，這項技術(shù)需要幾十年才能實現(xiàn)，所以我們現(xiàn)在需要開始研究。
日本國際釷熔鹽論壇前主席Ritsuo Yoshioka與中國研究人員密切合作，他稱，中國于2011年啟動了熔鹽反應(yīng)堆計劃，投資約30億元。武威反應(yīng)堆由上海應(yīng)用物理研究所（SINAP）運營，設(shè)計僅能產(chǎn)生2兆瓦的熱能，僅夠為多達1000戶家庭供電。但如果實驗成功，中國希望到2030年建造一個373兆瓦的反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆可以為數(shù)十萬戶家庭供電。
北京國家發(fā)展和改革委員會能源研究所的能源建模師蔣克軍說，這些反應(yīng)堆是幫助中國在2050年左右實現(xiàn)零碳排放目標(biāo)的“完美技術(shù)”之一。
天然同位素釷-232不能進行裂變，但當(dāng)在反應(yīng)堆中輻照時，它會吸收中子形成鈾233，鈾233是一種產(chǎn)生熱量的裂變材料。
釷在美國、德國和英國等國的其他類型的核反應(yīng)堆中作為燃料進行了測試，并且是印度核計劃的一部分。但到目前為止，它還沒有證明具有成本效益，因為它比鈾更昂貴，并且與一些天然存在的鈾同位素不同，需要轉(zhuǎn)化為裂變材料。
一些研究人員支持釷作為燃料，因為他們表示，釷的廢品被武器化的可能性低于鈾，但其他人認(rèn)為，風(fēng)險仍然存在。
當(dāng)回顧中國實驗反應(yīng)堆時，這是自1969年以來第一個運行的熔鹽反應(yīng)堆，當(dāng)時田納西州橡樹嶺國家實驗室的美國研究人員關(guān)閉了他們的反應(yīng)堆。這將是第一個用釷燃料的熔鹽反應(yīng)堆。與SINAP合作的研究人員表示，中國的設(shè)計模仿了橡樹嶺的設(shè)計，但在制造、材料和儀器方面進行了幾十年的創(chuàng)新，從而對其進行了改進。
劍橋麻省理工學(xué)院的核工程師Charles Forsberg說，與傳統(tǒng)核電站的輕水反應(yīng)堆相比，熔鹽反應(yīng)堆在高得多的溫度下運行，這意味著它們可以更有效地發(fā)電。
中國的反應(yīng)堆將使用氟化物基鹽，加熱到450攝氏度左右時，氟化鹽會融化成無色透明液體。鹽充當(dāng)冷卻劑，從反應(yīng)堆芯中輸送熱量。此外，熔鹽反應(yīng)堆也不是使用固體燃料棒，而是使用液體鹽作為燃料的基質(zhì)，比如直接溶解在堆芯中的釷。
熔鹽反應(yīng)堆被認(rèn)為相對安全，因為燃料已經(jīng)溶解在液體中，其運行壓力低于常規(guī)核反應(yīng)堆，這降低了爆炸性熔毀的風(fēng)險。
Yoshioka說，許多國家正在開發(fā)熔鹽反應(yīng)堆——用鈾發(fā)電更便宜的電力，或使用輕水反應(yīng)堆的廢钚作為燃料——但僅中國就試圖使用釷燃料。
Forsberg說，通過分析腐蝕來表征混合物在循環(huán)時的放射性核素組成，中國的反應(yīng)堆將是“進行大量學(xué)習(xí)的試驗平臺”。
英國班戈大學(xué)的核材料科學(xué)家西蒙·米德爾堡同意：“我們將學(xué)到很多新科學(xué)，如果他們允許我過去，我會坐去那里的第一架飛機?！?/span>
中國的反應(yīng)堆可能需要幾個月才能全面運行。Middleburgh說：“如果一路上出了什么問題，你不能繼續(xù)，你必須停下來重新開始?！崩纾每赡軙收?，管道可能會腐蝕或堵塞。盡管如此，科學(xué)家仍然希望成功。
熔鹽反應(yīng)堆只是中國正在投資的眾多先進核技術(shù)之一。2002年，一個政府間論壇確定了到2030年快速運行的六種有前途的反應(yīng)堆技術(shù)，包括由鉛或鈉液體冷卻的反應(yīng)堆。中國為所有的技術(shù)都制定了計劃。
大嶼山集團香港能源咨詢公司的項目經(jīng)理David Fishman說，其中一些反應(yīng)堆類型可以取代燃煤發(fā)電廠?！半S著中國走向碳中和，它可以移除發(fā)電廠的鍋爐，并用核反應(yīng)堆進行改裝?！?/span>
原文鏈接：
China prepares to test thorium-fuelled nuclear reactor.
https://www.nature.com/articles/d41586-021-02459-w
原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/203f6a6c4d/
