核能虽然是一种高效的能源,但在目前广泛应用的核裂变反应堆中,往往会产生核废料和核废水这两种高危废弃物,对这两种废弃物必须要妥善处置,不然可能会对地球环境造成污染。除了会产生废弃物,安全性也是很多人担心的问题,因为使用核能进行发电,一旦出现大的事故就有可能引发核泄漏。

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虽然有风险,但也不能因噎废食。随着技术不断迭代升级,目前核电站中提供能源的核裂变反应堆已发展到了第4代,已经变得越来越安全。

国际上第四代核裂变能系统主要有六种堆型,分别是钠冷快堆、超高温气冷堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水冷堆和气冷快堆,这几种堆型各有优势。目前我国的第4代核裂变反应堆技术发展已走在了世界前列,我国已经计划2025年在内陆戈壁滩建造全球首个钍基熔盐商业堆。

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该钍基熔盐堆由中国科学院上海应用物理研究所负责建设和运营,预计2029年建成,建设地点应该是甘肃武威的戈壁滩。其热功率为60兆瓦,其中10兆瓦用来发电,另外50兆瓦用来制氢。

这个即将建设的第4代核裂变反应堆是我国及全球首个用来进行商业发电的钍基熔盐堆,但却并不是我国第一个钍基熔盐堆。2023年6月,位于甘肃武威的2兆瓦级钍基熔盐实验堆获得由国家核安全局颁发的运行许可证,这才是我国建设的首个钍基熔盐堆。

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其实早在上世纪六七十年代,美国等国家均对熔盐堆进行了研究,但因当时技术条件所限,以及其他原因,最终还是采用浓缩铀作为燃料,轻水或重水作为冷却剂和慢化剂的水冷堆成为了主流。我国计划建设商业发电的钍基熔盐堆,这表明中国在钍基熔盐堆研究方面已取得重大突破。

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目前绝大部分核电站使用浓缩后的铀235作为核燃料,而钍基熔岩堆使用的是钍232。这是一种稳定的核素,但它在捕获一个中子后就会变成放射性核素钍232。之所以选择钍作为核燃料,是因为我国的钍储量比铀要丰富得多。科学家估计,这足以支撑中国未来2万年内的能源需求!虽说这有点夸张,但钍基熔岩堆真的是仅次于核聚变的无限能源。

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以往建设核电站选址,无论是在内地还是在沿海,均需要傍水而建,因为过去那种核反应堆需要用大量的水作为冷却剂。而熔盐堆则使用熔盐作为冷却剂,可以建在干旱的戈壁地区,只需要少量的水就可运行,进步意义十分重大。

之所以还需要少量的水,是因为目前绝大多数核能发电的方式最终都是将核能转化为热能,再通过蒸汽推动涡轮机来发电,也就是常说的“烧开水”模式。虽然也可以用其他介质代替水蒸气推动涡轮机发电,但还是烧水比较经济、好使。不过未来技术进步后,必然可以变成真正的“无水堆”。

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不用水作为冷却剂和减速剂,水不与核燃料直接接触,意味着就不会再出现核废水了,不仅再也不用傍水而建,还可以建在地下,这使得核电站的建设选址更加灵活。我国北方和大西北存在大片干旱、人烟稀少、甚至无人的地区,如果大量建设这种类型的核电站,将比风能、太阳能更加高效。

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钍基熔盐堆与以浓缩铀作为燃料的水冷堆有很大区别。钍基熔盐堆中的核燃料直接与熔盐混合,呈液态,运行在一个管道中,可以随时添加核燃料,不需要压力容器,结构较为简单。如果发生故障,当反应堆堆芯熔盐的温度达到一定阀值,装置底部的冷冻阀便会被自动熔化,使熔盐流进可以紧急排放罐中。因此这种反应堆不仅不会出现堆芯熔毁、爆炸、核泄漏等情况,还可以建成紧凑型、轻量化、低成本的小型模块化反应堆,比现在普遍使用的水冷堆更为安全可靠。