人类科技能够发展到今天,能源起到了至关重要的作用,从人类学会火开始,能源利用方式的变革推动了社会结构的演变、技术进步和全球化的形成,在狩猎时代,人类依赖动物能源和自然火种,获得了极大的生存空间,在农耕时代,人类利用土地和植物能源,让人口增长10倍以后,到了工业革命之后,煤炭和石油的出现,让人类的科技发展速度加快,煤炭为蒸汽机提供了动力,推动了工业革命的发展,使大规模的机器生产成为可能,极大地提高了效率,促进了工厂制的兴起和工业城市的形成,石油是汽车、飞机、轮船等现代交通工具的主要能源,内燃机的发明和应用,依赖石油燃料提供了强大的动力,让人类的出行更加方便。
煤炭是火力发电的主要燃料,通过燃烧煤炭产生的热能,将水加热成高温高压蒸汽,推动汽轮机旋转,进而带动发电机发电,石油也能够用于燃油发电机,在一些特殊场合能够作为应急电源发挥作用,不过随着人类科技的进步,人类对能源的需求越来越大,现在很多国家都在积极的研究核能,中国在核能领域的投入也是非常多的,在核能的新技术领域,除了大名鼎鼎外的可控核聚变技术外,就属“钍基熔盐核反应堆”最受关注。所谓“钍基熔盐核反应堆”,是指以钍元素为核燃料的核反应堆。相信很多人都知道,人工产生核裂变反应最常见的材料就是铀元素。
不管是原子弹还是现在各国使用的核电站,使用的基本上都是铀235,铀235是唯一天然存在的可裂变核素,通过核裂变反应释放出巨大的能量,是核电站发电的关键物质,其能量密度非常高,1克铀235完全裂变释放的能量相当于2.7吨标准煤炭燃烧的热量,为人类提供了高效的、稳定的清洁能源,对缓解化石能源短缺和减少碳排放有重要的意义,而且铀235是高浓缩铀(丰富超过了百分之90)的重要成分,能够制造核武器,其可控核裂变反应产生的能量具有毁灭性,因此成为国家战略储备和军事实力的重要象征。
在科研领域,铀235被用于粒子加速器等大型实验设备,帮助人类探索物质微观结构;在医疗领域,放射性同位素的应用推动了癌症治疗和医学影像技术的发展。此外,铀235的衰变特性也为地质年代测定和考古学研究提供了重要手段。铀235在自然界中含量极低(仅占天然铀的0.7%),需通过复杂的浓缩技术提取,主要产自加拿大、澳大利亚、哈萨克斯坦等国家。其稀缺性使得铀资源成为全球战略争夺的焦点,涉及能源安全、技术主权和经济利益。总之,铀235既是现代文明的重要能源基石,也是影响国际政治与科技发展的关键因素,其管理与应用需要平衡能源需求、安全风险与可持续发展目标。
不过传统的核电站,都是用铀235作为核原料,而钍基熔盐核反应堆则是一种以钍元素(主要是钍232)为核原料的核反应堆技术。对于我国来说,传统的核电站有几个比较明显的劣势,首先我国的铀矿储量很少,国内铀矿造核武器是够用的,但是我国要建大的核电站,将铀矿广泛投入商业领域,中国的核电站运行成本就会相对较高,并且因为中国国内本身的铀矿储备不足,这就注定了我国国内的核电站需要大量从国外购买铀矿,这会使得我国在核原料上面被外国限制。全球铀资源分布相对集中,澳大利亚是铀资源储量最多的国家,其铀资源量为168.41万吨,占到了世界铀资源的百分之28。
澳大利亚拥有世界上已经最大的单一铀矿床——奥林匹克坝矿,位于南澳大利亚州,该矿不仅铀储量巨大,而且铀矿石品位较高,具备供应30%全球铀需求量的潜力。不过虽然我国的铀235储量并不是最多的,但是钍基熔盐核反应堆就不一样了,中国的钍储备量非常大。如果钍基熔盐核反应堆能投入商业化运营,1吨钍释放的能量相当于350万吨煤炭。20万吨钍就足够中国14亿人用大约2万年。而中国国内超过20万吨储量的钍矿,有很多座。所以我国如果能够商业化运营钍基熔盐核反应堆,我国在核电站原料上就再也不用担心被外国针对的问题,中国就相当于有了无限能源。
看到这里,可能很多人会产生一个疑问,钍基熔盐核反应堆到底是什么?它和传统的核反应堆有什么区别?钍基熔盐核反应堆是一种使用液态钍-铀混合氟化物作为燃料的第四代核反应堆技术,其核心原理是通过中子轰击钍(Th-232),使其转化为可裂变的铀-233(U-233),进而利用铀-233的裂变反应产生能量。与传统核反应堆相比,它具有以下显著区别:
1、燃料形态和循环方式
钍基熔盐堆:燃料为液态,溶解在熔融氟盐中(如LiF-BeF2-ThF4-UF4),可在线添加或提取燃料,实现连续运行和核燃料的均匀消耗。
传统铀堆:燃料多为固态(如铀-235或钚-239的燃料棒),需定期更换燃料组件,且存在未裂变核素积累。
2、安全性
钍基熔盐堆:采用低压熔盐冷却(无高压蒸汽风险),高温运行到650-950摄氏度,能够提升热效率,减少结构材料的应力。
传统铀堆:高压水冷却系统存在泄露爆炸的风险。
3、核燃料和资源利用
钍基熔盐堆:使用地球上储量丰富的钍,它大约是铀的4倍,能够减少资源稀缺的问题,通过Th-U233循环实现核燃料增值,理论上可将钍利用率提升至90%以上。
传统铀堆:依赖稀缺的铀-235,仅占天然铀的百分之0.7,需要浓缩处理。
在2024年5月的时候,甘肃武威地区就宣布要建立钍基熔盐核反应堆的小型实验堆,该地区在以前是基本建立不了传统核电站的。传统的核电站必须依靠水源才能够建造,但是一般有水的地方人员密集,所以一旦核电站出现事故,那么对于人类的影响来说是非常大的,但是钍基熔盐核反应堆就不一样了,它能够建造在沙漠地区,这样就能够原理人口聚集区域,这意味着它就算发生了事故,影响的人口也没有传统核电站那么多。而且钍基熔盐核反应堆的安全性要比传统的核反应堆安全性高。一旦这种核反应堆出现事故,“熔盐”就会快速遇冷并冻结,然后这个反应堆就会被封存固态的氟化盐中,避免进一步的核泄漏和核反应堆融毁的问题。
要知道日本福岛核电站在出现事故之后,就因为核反应堆熔毁变得难以回收。并且核反应堆在熔毁后是不会在短时间内自行冷却的。也就是说,福岛核电站需要不断的用冷却剂给它冷却,不然可能产生“二次事故”。本身核反应堆熔毁就导致堆芯暴露在外,用水一冷却,这个水就直接变成了被核污染的水。所以当前福岛核电站还在持续的产生“核污染水”。截止至2024年底,福岛核电站的核污染水已经产生了超过130万吨,需要至少30年才能处理完。相比之下,钍基熔盐核反应堆一旦出现熔毁的情况,就会自己冰封自己,安全性会大大提升。
不过我国现在的钍基熔盐核反应堆还没有商业化,这说明有很多技术上的问题还没有解决,要知道钍基熔盐核反应堆使用的“熔盐”具有很高的侵蚀性,目前人类还没有找到抵抗这种腐蚀性的原材料,如果用现在的材料来制造的话,反应堆很难长时间运行,用不了几年的时间就会被“熔盐”腐蚀。所以科学家目前也在积极的想办法,人类文明的发展需要一步一步地来,如果人类能够成功实现这项技术,那么人类科技将会大幅度的提升,不过放眼整个宇宙,核聚变和核裂变并不是最完美的能源。
目前科学家在宇宙中发现的最完美的能源其实是反物质,反物质和正物质相遇时会发生湮灭,释放出百分之百的能量,而传统核裂变的转化率只有百分之1-百分之3,核聚变大约是百分之0.7,比如说1克反物质湮灭释放的能量相当于大约428万吨TNT炸药,或覆盖全球电力需求大约3.5小时,而且反物质湮灭产生的能量是非常清洁的,不过想要利用反物质并不是一件容易的事情,在宇宙中几乎不存在反物质,这是因为反物质一旦和正物质相遇,就会产生湮灭,然后释放出巨大的能量,科学家认为,在宇宙大爆炸之初,宇宙中存咋大量的正物质和反物质,然而正物质的数量要比反物质多一点点。
就是这多出来的正物质,让我们看到的现在的宇宙,如果说宇宙中的正物质和反物质的数量是一样多的,那么两个物质湮灭之后,宇宙也会消失不见,目前宇宙中基本上都是正物质,而反物质都消失了,虽然从理论上来说确实存在反物质,但是想要利用它非常困难,目前人类只能够利用高科技来制造出一点点反物质来,比如说欧洲核子研究中心通过质子碰撞制造出反质子,每生产1克反物质需要消耗的能量相当于全球年发电量的数倍,成本远远超过了传统的能源。理论上正反物质湮灭可释放100%能量(质能方程E=mc²),但实际应用中,能量收集与转换机制尚未成熟,可能因技术限制导致大量能量损失。
而且反物质和正物质湮灭所产生的能量太大,如果容器发生泄漏,会造成无法想象的危害,目前我们所利用的反物质都是人工合成的,这种合成成本太高了,依靠这种方式大大限制了人类应用的可行性,当前反物质利用受限于存储技术、生产成本、基础物理认知及安全风险,虽在实验室层面取得进展,但距实际应用(如太空光速飞行)仍有数十年技术差距。科学家正通过改进离子阱设计、探索反物质引力特性等方向突破瓶颈,未来或可通过核聚变替代技术间接利用反物质能量,但直接应用仍需克服重大工程挑战。小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,只要人类能够坚持不懈的努力下去,人类一定能够实现自己的梦想, 对此,大家有什么想说的吗?