国家核安全局于日前公布了关于青海新能源成果转化技术研究所的评估报告,该所计划于明年在戈壁沙漠中建造并投入运行世界首座钍基熔盐堆核电站。
相关研究所所长表示,将为此项目实施强有力的质量保障体系,确保建造出安全、稳定、优质的反应堆,这是中国核能领域一个非常具有里程碑意义的重大突破。
那么到底“钍基熔盐堆”是什么?
又为何会在世界第一座钍堆反应堆建设这件事上产生如此巨大的重要性?
世界级别的反应堆之巅。反应堆是核电站中的核心部分,是实现核能转化的关键所在。
目前世界上大多反应堆类型有三种,分别是:铀基水冷压水堆、铀基沸水堆和石墨慢化型堆。
前两者都采用铀作为燃料,通过中子的控制使铀核裂变反应,从而实现核能的获取。
三个类型的反应堆在安全性能上呈现出不同的等级划分,其中石墨慢化型反应堆因其用材昂贵且含有众多技术难点被限制生产,虽然其安全性极高,但并不适合在实际应用中推广。
因此目前世界上实际在运行的反应堆主要是铀基水冷压水堆,这种反应堆安全性表现较好且相对建造成本较低。
但是对比这两种主流反应堆,钍基熔盐堆凭借其优势成为当之无愧的反应堆之巅,其具备自我动能平衡型的特性,能够达到本质安全最高等级。
与传统水冷反应堆相比,钍基熔盐堆在设计上有着颠覆性的改进,它将钍元素应用于作为核燃料,同时采用熔盐作为冷却系统和载体。
由于钍元素在高温下具有高度稳定性,因此不仅不会分解产生有害物质,还能与煅烧过的熔盐有效结合,提高反应堆中的钍循环效率,并极大降低钍流出量,大幅度提升反应堆的安全性和经济性。
传统水冷反应堆则使用高压水作为主要材料进行反应堆冷却和氦气作为载体将能量导入涡轮机发电,然而,在高压状态下仅一氧化碳就有可能使反应堆发生产没,对社会造成严重影响。
这更是在水冷反应堆发生事故时,无论是释放出核辐射物质还是在高压水本身沸腾后形成水蒸气,对周围环境都造成极其严重的污染和伤害。
熔盐冷却型系统相较于这一情况有着天空之别的安全性能,因为只需让熔盐流动起来便可将热量传导至涡轮发电机组,同时在发生事故时,由于熔盐自身具有自我冷却和冷凝固化的能力,熔盐能够逐渐从液态变成固态并释放热量,这样一来便降低了熔毁的风险。
这是目前世界上所有已知核反应堆中最为安全的一种结构设计。
因此,即使我们一旦解决了钍堆中本体材料的问题,便会广泛应用于整个能源领域。
最安全的能量来源。熔盐在高温下呈现出很好的稳定性,比如碘离子、氟离子等对熔盐的低吸附特性,这些性能极大发挥了熔盐在化学领域中的巨大潜能。
为了让人们更加清楚地认识到钍基熔盐的重要意义,我们需要回想现如今广泛使用的核电站类型。
当人们夜晚安睡时,持续工作的并不是火力发电站,而是宁静无声、如有神明守护的核电站。
大江大河边矗立着高耸的大楼,其中不仅包含着煤气锅炉和涡轮发电机组,还有护航他们一生平淡无事的守门员——核反应堆。
它们如同一个个冰山一般矗立在安静的大楼中,毫不起眼却随时保持着危机感,只要有谁贪玩想要打开冰山一角,就整个核电站都会为他的行为感到心惊胆战乃至满城警报。
而如今,中国要推出一款“防御机制”更先进、体积更迷你、性情更温柔的“微冰山”反应堆,它是时代发展的必然结果。
但为何整个世界只有中国团队会推出这样一款新“冰山”?
因为从来没有哪个国家会愿意冒天下之大不讳,去摸索一种全新的、甚至比旧有更优秀的新型反应堆。
中国人,勇于探索未知,无所畏惧,这才会明白这个“钍基熔盐”反应堆。
比铀水冷型既有更大优势,更重要的是我国已经找到了建造这种反应堆所需的所有物质.
如果拿水冷型反应堆作为参考,钍基熔盐对于气态产物的吸附能力极低,即使使用高温高压条件,氦等气体也只会缓慢产生并逐渐逸散。
甚至在温度下降或者压力变化时,气体还会重新返回到液态熔盐中,实现物质循环,这一特性使得也就其根本不会因为气体过多而引发超压过程,从而确保了设备安全。
而以充氦作为内循环冷却剂和介质的铀基气冷型反应堆,一旦气体过多便会导致超压引发严厉后果,这也是为什么目前全世界唯一一个正在探索开发气冷型目标国-英国对其气冷型采取了高度防范体系的原因之一。
溶盐由于具备良好的稳定性,不仅不会分解形成有毒产物,更不会出现任何爆炸现象,但是水冷则不同,一旦出现沸腾,蒸汽就会导致超压,甚至引发作为内置材料的气体爆炸。
这两种特性之所以形成如此巨大差异,是因为盐类在高温高压条件下分子间空隙处于活跃状态,其化学性质远低于溶质文,再加上分子间吸附力弱,使得不易发生聚集,从而避免了爆炸发生的可能性。
对于这两类反应堆在生产出核废料的问题上,不同于常见的固态和气态废料,具有回收可能和较少数量的废废料,这样一来使得能源使用后没有带来资源浪费,实现了更好的资源高效化利用。
广泛应用于更多领域。尽管我国对建造钍基熔盐进行了长期探索并取得了一定成果,但我国仍面临着一些问题。
例如,在全球范围内仍没有一个正式标准来验证一座钍基熔盐是否足够优秀。
这座作为全球首创建筑的关头中国家自然也就不可能由我们自己说了算,还得经这一行各国专家的一致认可。
否则就像“假冒伪劣”控制问题一样,有了国家标准就能够更好地进行监管和约束,也为之后的发展探索奠定了基础。
我国不单只是希望这项技术造福自己人民,而是希望它能够传播到世界各地,让亚洲、非洲等许多经济程度相对落后且煤资源丰富的地方也能够使用这种清洁经济、能量丰富的新型能源。
虽然中国人是做出了第一个“麦当劳”汉堡,但是后来的“汉堡王”也照样可以进行改良,并也获得了成功。
同样道理,我国建造出了第一座钍基,提高了骨架标准,也鼓励着其他国家去建造更高级别,这样一来国际竞争力可能就被其他国家所抢夺走。
而我国拥有丰富且更经济可行,更充足可持续利用周期等优势这个元素,其他国家也许没有,但是只要其他国家将技术进行了完善,就一定会去开采这个元素,成为能源领域的大国。
但是未来能不能向这些新型国家输出我们自己的制造标准,那就看未来国家政策了.
最为重要的一点就是我国已经提供了足够证明钍可以与熔盐在高温下结合,这是因为氟化钍(TiF4)有独特性质,可以在很高温度下与氟化锂(LiF)结合生成氟化锂钍(TiF4),这没有其他国家可以保证自己能够得到。
由于钍基熔盐堆具备如此多环境友好型优势后续进一步改良后,其将广泛应用于船舶、潜艇以及太空探索等领域,大大改善地球环境资源状况,并提高国际各国之间合作开发新技术新领域的进程。
这么安全高效了,那新能源还搞不搞?