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颠覆“离不开水”的定律!未来可期的四代核电!
发布时间:2024-04-22     作者:   来源:中国科学技术馆   分享到:


人类的发展离不开能源,节能和可持续也是未来能源发展的目标。第四代核反应堆研究序列中有一款就值得我们期待,它的核燃料是钍不是铀,不仅易开采,而且更安全、更环保。

目前全球所有核电站,大约有60%都采用压水堆的技术。核电站靠元素裂变释放能量发电。具体说,就是核燃料通过链式反应持续裂变发热,用水把热带走,水被加热成蒸汽,蒸汽推动蒸汽轮机发电,同时水还起到冷却作用。这样循环往复持续运作。不过为了提高蒸汽轮机的发电效率,温度低了不划算。可水在常压下100℃就沸腾了,那就给水加压,提高它的沸点。这也是压水堆这个名字的由来。

压力大、高辐射的工作环境对于材料的要求当然很高,正常情况下当然是没问题的。设计者考虑了诸多极端情况,配以各种应对措施。只不过再好的设计,也架不住天灾人祸的轮番冲击。

人类的发展离不开能源,现在都在强调节能减排,在可以预见的将来化石能源也必然会被淘汰,不过谁来接班呢?核能是目前看来最有希望接过这根接力棒的,只不过靠以往的核反应堆恐怕还不够。

目前第四代核反应堆的研究序列中,有一款就值得我们期待,它就是钍基熔盐堆TMSR。从名字咱就可以看出,它的核燃料是钍不是铀,它以氟化钍为冷却剂和燃料。由于钍本身并不能达成链式反应,就需要中子轰击钍232成为铀233,而铀233是可以进行链式反应的,同时作为中子源持续轰击钍232继续让它增殖。因为熔盐状态的氟化钍温度高,热容大,工作效率就高。而且只需要常压下就能工作。

另外,一旦发生问题,温度激增会直接将反应堆底部的保险塞融化,熔盐迅速流出。由于失去了铀233中子源的轰击,钍还是钍,它无法继续链式反应。而一旦温度下降,熔盐就会凝固,将整个堆芯包裹在里面。不会出现福岛那种堆芯融化,需要不断用水来降温,最后弄出海量核污水的情况。形象点儿说,前者有点儿釜底抽薪的意思,而后者则只能扬汤止沸,哪个更靠谱更合理一目了然。

同时,从核废料的角度看,钍堆产生的核废料半衰期更短,相比铀堆,从几万年直接降低到五百年。毕竟处理废料也是成本啊。更别说从蕴藏量和开采难易度上讲,钍也比铀便宜多了。从安全角度考虑,铀堆需要建在水边,前面说了啊,需要水来降温。而邻水的地方往往是发达地区,缺电,可一旦出事,危害也更严重。钍堆就没这个问题,很适合往欠发达地区,缺水地区推广。

当然凡事有一利必有一弊,钍堆的设计和制造肯定更为复杂,技术难度大。不然也不会让铀堆满街跑了。更别说铀堆还有个副产品——钚239,原子弹的原料喔。这就好理解当年美苏为何都不约而同在众多方案中选择了它吧。不过这倒也给了钍堆另一个优势,向欠发达国家输出,不用担心核武器扩散问题,真正让全世界人民都幸福起来。


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