最近,中国科学院在甘肃武威市的钍基熔盐实验堆成功稳定运行,成了全球第一个。这一下,中国就掌握了一项第四代核电技术,之前美国橡树岭国家实验室说这技术“复杂得很,难搞定”,结果西方国家研究了50多年连个眉目都没探出来。在21世纪这个大家说是核能时代的背景下,中国依靠这项技术,在先进的核能领域走在了前头,未来还有希望把它变成咱们核航母的强项。
2025年4月,中国科学院上海分院发消息,甘肃武威市民勤县的那台2兆瓦的液态燃料钍基熔盐实验堆(代号:TMSR - LF1)已经实现稳定连续运行了。这是现在可用的唯一一台钍基熔盐堆,算是咱们在第四代核电技术上迈出的重要一步啦。
钍基熔盐堆跟全球90%以上用的铀基压水堆不一样,它是用钍做燃料,熔盐来当冷却剂。这个实验堆从2018年开始建设,整整花了八年时间,终于在2023年10月第一次达到临界状态,12月顺利发电,2024年6月也达到了满功率运行,10月还成功进行了全球首个熔盐堆加钍实验。
作为第四代核电的代表,钍基熔盐堆的好处可真不少。在燃料方面,全球的钍资源储量是铀的3到4倍,中国的钍矿储量排在世界前面,尤其是内蒙古的白云鄂博矿,钍储量能让咱们用上千年,这下铀资源短缺的问题就解决了。钍本身不直接裂变,要先转成铀-233,转化过程中产生的放射性废物比铀基反应堆少了80%以上,而且毒性衰减的时间从几万年缩短到了几百年。
在安全方面,熔盐堆用的燃料是氟化锂和氟化钍的混合熔盐,燃料和冷却剂是一体的,能在常压下的600到700℃运行,不像传统的压水堆那样需要150个大气压的高压环境,也不需要水来冷却。传统的压水堆如果失去压力就容易出现熔毁事故,而钍基熔盐堆则有“被动安全”的特点,出问题时熔盐可以靠重力顺着管道流到地下的安全罐里,衰变产生的热量也能通过空气自然散掉,不需要外部动力,这样就彻底避免了堆芯熔毁的危险。
液态燃料和熔盐可以一起流动,能实现“边发电边换材料”,运行灵活性比固态燃料反应堆要强得多。
因为不需要用水来降温,熔盐堆可以建在内陆干旱的地方,比如甘肃武威的钍基熔盐堆就建在荒漠里,这个反应堆核心埋得很深,能抗住很极端的自然环境,还能用戈壁的地形来确保安全隔离。熔盐堆具有小型化潜力,可制成集装箱式移动反应堆,为月球基地、火星探测提供稳定能源,助力航天强国建设。
中国船舶集团搞出了全球第一艘24000箱的核动力集装箱船,它用的是熔盐堆技术,安全和经济性比老式的船用反应堆更强。
中国的钍基熔盐堆走的是“先试验、再研究、最后示范”这条路。现在2兆瓦的液态燃料堆已经完成了所有流程的测试,预计2025年在甘肃武威开工10兆瓦的小型模块化研究堆,主要是验证在高功率和高辐照条件下的一些关键技术,示范堆计划在2030年以前建成。咱国家还打算到2035年建好5到10个商用的钍基熔盐反应堆。
这项技术的进展主要得力于科研人员的坚持不懈,还有国家对“颠覆性技术”的重视和布局。从2011年开始搞“钍基熔盐堆核能系统(TMSR)”这个国家大项目,到2025年中国的钍基熔盐堆就能全球唯一稳定运行,经历了15年的努力。在中科院上海应用物理研究所、中核集团等200多家单位的共同努力下,咱们成功解决了一系列“卡脖子”的技术难题。比如说,为了应对高温熔盐对管道和设备的强腐蚀,我国的科学家们研发出一种能耐受1000℃高温的新型镍基合金,把熔盐的腐蚀速度控制在每年不超过0.1毫米,使用寿命比传统材料提升了十倍。
咱们看看核电技术的发展吧,第一代是实验用的原型堆,第二代就是现在世界上大多数用的那种堆型(占所有核电站的80%,但有的还藏着像福岛那样的隐患),第三代则是在第二代的基础上升级,增加了主动保护措施,但技术上还是没有什么大的突破。
2002年,美国和英国、法国、日本等10个国家一起协议开发第四代核反应堆,确定了六种堆型。虽然中国当时没被邀请参与部分堆型的研发,但后来逆袭了,在钍基熔盐堆这一领域走在了世界前头,石岛湾高温气冷堆和霞浦示范快堆现在已经成功商业化运转了。
钍基熔盐核反应堆的好处可多了。安全方面,这个核电站用的燃料是钍和铀的混合物,算是唯一一个不单用纯铀的。因为钍的辐射比铀低得多,只有铀的1/100,所以泄漏的风险也小得多。工艺上,咱把氟化盐弄成液体,溶解钍铀混合物,整过程都在液态下搞,不用增压,也不会爆炸。
还有个“保险丝”,一旦温度超标,反应堆底下的保险就会融化,这样核燃料就会流到下面的安全罐里再变成固体,确保不会发生核泄漏。中国的铀矿资源不多,开采成本又高,2023年进口了1.8万吨铀矿。但钍矿通常和稀土矿一起出现,开采成本相对低得多。中国现在探明的钍储量达28.7万吨,排在全球第二。用起来的话,1吨钍顶得上200吨铀或者350万吨煤,而且不一定非得建在海边,可以放在沙漠里,这样能帮中西部地区缓解电力不足的问题。
熔盐堆这玩意儿是从美国起的家。二战快结束的时候,美军空军开始搞“飞机核动力计划”,要造核动力的轰炸机。到1965年他们建了个熔盐实验堆,但运行了四年后因为技术上没找到突破口,就停了。美国停下熔盐堆技术研发的主要原因就是这玩意儿更偏向民用,而战略导弹技术的进步让核动力轰炸机的价值下降。美国有很多“边角料”,搞核电站的成本低廉,新弄的熔盐堆投入太大,市场又没竞争力,自然让投资人没兴趣了。
中国搞熔盐堆是为了给生产和生活提供能量。早在70年代初,中国的第一个核电站“728工程”就把钍基熔盐堆当做起步项目。1971年建成了一个零功率的冷态熔盐堆,但由于当时的科技、工业和经济水平有限,最后改成了压水堆的方向。2011年,中国科学院开始搞“钍基熔盐堆核能系统”这个重点科技项目,想把我们打造成第四代核电技术的领头羊。
甘肃的钍基熔盐堆虽然还在实验阶段,但它的技术方向和战略意义都很清晰,正是针对中国发展关键问题的“利器”。说简单点,中国是世界上能耗最大的国家,买的原油和天然气也最多,所以我们在能源安全这块儿还得看别人脸色。2022年俄乌冲突一爆发,国际油价就涨得飞起,中国的进口成本一下子多了超过1000亿,这可是吃掉了全年工业利润的1.2%啊。
钍基熔盐堆能利用我们国内的钍资源,慢慢地可以搞出一个完整的核燃料循环体系,这样就不需要再依赖进口的铀矿了,能重新调整我们的能源结构,实现能源战略上的自主。
在国防现代化上,钍基熔盐堆可以让核电站变得更小,做成集装箱式的移动反应堆,对军队来说意义可大了。现代的国防,特别是海军出海的能力,跟动力技术关系特别紧密。传统的核潜艇和核航母用的压水堆,体积大、系统复杂,还有安全隐患。而小型、模块化的钍基熔盐堆,就能让下一代核潜艇有更大的舱内空间和更合理的布局,升级武器模块,静音和潜航时间都有明显提升,甚至还有可能出现隐形潜艇。对于核动力航母来说,这就意味着航母战斗群不再那么依赖庞大的补给舰队,能够获得几乎无限的全球机动能力。
2023年12月,江南造船厂宣布要造全球最大的核动力集装箱船,采用的可是第四代钍基熔盐堆哦。钍基熔盐堆对航天工程也有妙用,是建立月球基地的关键,能抗700度高温辐射,还可将废热用于融化月壤冻土、电解制氧等。
钍基熔盐堆会为未来的发展带来全新的机遇。它将促进国内经济均衡发展,低价、稳定的清洁电力将推动高端制造业如电解铝、半导体向中西部转移并完成产业升级;在国际核能领域,中国话语权将增加,转变为“技术输出国”和“规则制定者”,钍基熔盐堆技术定型后无核扩散风险且可批量生产、模块化组装,能帮助广大发展中国家解决电力问题。
该技术将弱化石油美元,工业革命以来能源决定国家生死,美国把美元和石油绑定成为超级霸主,而电力可完整替代石油大部分供能功能,中国掌握电力技术后,用人民币结算电力将更具合理性。
根据规划,2029年开始运行的10兆瓦示范堆会测试一下商业化的可行性。如果一切顺利,到2035年,中国打算建更多钍基核电站,作为能源安全的基石,彻底不再依赖国际铀矿市场。在核动力航母这块,钍基熔盐堆虽然还得攻克不少技术难题,但咱中国的研发劲头足得很,这些障碍不是没法解决的,咱正在把通往“电能时代”的绝招自己打磨出来。
#图文打卡计划#
佳成网-国内最大的证券公司-杭州股票配资公司-配资平台排行提示:文章来自网络,不代表本站观点。