中国在核能领域投入了很多的资源,也非常看重核能领域新技术的研发。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。

钍元素
众所周知的是,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,使用的基本都是铀235。
所以传统的核电站,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。

核裂变概念图
核电站的原料和建造地点问题对中国来说,传统的核电站有几个比较明显的劣势。
首先就是中国的铀矿储备量少。中国是一个“贫铀国”,国内铀矿造核武器是够的,但我国要大建核电站,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。

核电站
并且因为中国国内本身的铀矿储备量不足,这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被国外“卡脖子”。
但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。

钍矿
所以中国如果能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卡脖子的问题了,中国就有了“无限能源”。
传统核电站的第二个劣势是需要很多的水。
核反应堆在运行的时候会产生高温,要防止核反应堆持续高温导致熔毁,就需要用冷却液对其进行冷却。而世界上最廉价的冷却液就是水。
因此传统的核电站基本都建立在大江、大河,以及海边,很少建立在内地缺水的地方。这就严重限制了核电站的建造地点。

核电站要依水而建
而钍基熔盐核反应堆直接用“熔盐”(液体状态的氟化盐)作为冷却液。
并且因为钍基熔盐核反应堆的结构问题,“熔盐”不仅是核反应堆中的冷却液,还是能量传输载体,负责将能量引导出来并进行发电。
靠着不需要水作为冷却剂的能力,钍基熔盐核反应堆在中国任何一个地方都能建造,包括新疆、甘肃这种比较缺水的内陆地区。
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。

钍基熔盐核反应堆的自然循环回路
核电站在全国到处都能建,就能有效的调节电力,对国家电网的压力会降得更低。
核电站的安全问题然后就是安全性的问题。其一,传统核电站依水而建,而有水的地方往往都是人口密集区。
这也就意味着核电站一旦出事故,影响的人会很多。

核电站基本都处于人口密集区
钍基熔盐核反应堆能建立在沙漠地区,就能远离人口聚集区,这意味着它就算发生了事故,影响的人口也远没有传统核电站那么多。
其二就是我们上边提到的,钍基熔盐核反应堆用“熔盐”作为冷却剂和传输热量的介质。
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在固态的氟化盐中,避免进一步的核泄漏和核反应堆融毁的问题。

“低温”固态氟化盐
要知道日本福岛核电站在出事故后,就因为核反应堆融毁变得难以回收。
并且核反应堆在融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”。
本身核反应堆融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。

福岛核电站的核污染水储水罐
就福岛核电站还在持续产生核污染水的情况下,鬼知道未来这个核电站还会产生多少核污染水。
相比较之下,钍基熔盐一旦出现融毁的情况,自己都会“封存”自己,安全性大幅度提升,事故影响也能降到最低。
所以整体来看,钍基熔盐核反应堆相较于传统的核反应堆有非常多的优势,如果真能商用,前途不可限量。
钍基熔盐核反应堆的技术问题不过既然现在钍基熔盐核反应堆还没有商用,就意味着它还有很多技术上没有解决的细节。
其一是钍基熔盐堆使用的“熔盐”具有很高的侵蚀性,当前人类还没找出能抗住这种腐蚀,并且还具备性价比的材料。

金属腐蚀
用现有的材料造钍基熔盐核反应堆,那么这个反应堆很难长时间运行,只要几年时间各处管道就会被“熔盐”腐蚀出问题。
其二是核原料裂变过程中被消耗的问题。
钍基熔盐核反应堆设想的是让核原料在“熔盐”中流淌,但是核原料在裂变过程中会被消耗。并且核裂变还会产生大量中子的裂变产物。
核原料被消耗还好说,想办法往“熔盐”里面添加核原料就行了。
但对于后者,也就是裂变产物,当前就没有太好的解决办法了。

核裂变会产生大量不参与裂变的物质
这些东西会在“熔盐”中不断累积,还会影响核原料的裂变效率。
如果没有办法处理这些裂变产物,该型核反应堆的功率就会降低,经济价值就会下降。
因此钍基熔盐核反应堆虽然前景很广阔,但在当前技术条件下,要想商用还有很远一段路。
信息来源:
【1】新浪财经·《内蒙古发现22万吨“钍”矿,够14亿中国人用2万年!》
【2】央广网·《甘肃武威钍基熔盐堆即将建成小型实验堆》
【3】北晚在线·《这场灾难过去14年,福岛的“死结”正越系越紧》
【4】人民网·《第四代核能系统:“钍”里“淘金”》