釷基熔鹽堆，這個(gè)聽(tīng)起來(lái)讓人如墜云中的專業(yè)名詞，可能在三四十年后，成為我國(guó)能源供應(yīng)的一大支柱。
不久前，作為中國(guó)科學(xué)院首批啟動(dòng)的戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)之一，“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。其科學(xué)目標(biāo)是用20年左右時(shí)間，研發(fā)出新一代核能系統(tǒng)，所有技術(shù)均達(dá)到中試水平并擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
幾十年后，核電站也許將能夠遍布我國(guó)領(lǐng)土，甚至就在大城市的四周——說(shuō)不定，自家小區(qū)不遠(yuǎn)的地下就有一個(gè)核電站。它會(huì)對(duì)我們的生活產(chǎn)生什么樣的影響？它安全嗎？該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院上海應(yīng)用物理研究所徐洪杰研究員，對(duì)這個(gè)未來(lái)的核電站進(jìn)行了一番初探。
40年，將翻20倍
化石能源即將枯竭，太陽(yáng)能、風(fēng)能不夠穩(wěn)定，水能開(kāi)發(fā)已過(guò)極限……中國(guó)未來(lái)的能源支柱何在？
核能，似乎是一個(gè)靠譜的選擇：能量密度高、低碳排放、潛在的可持續(xù)發(fā)展。
“2005年，我國(guó)GDP總和為18.23萬(wàn)億元，一次能源總耗量為22.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如今，我國(guó)已成為溫室氣體排放的大國(guó)，再過(guò)三四十年，我國(guó)GDP總量可能達(dá)到117萬(wàn)億元，相應(yīng)能源需求將增加多少？”徐洪杰說(shuō)，發(fā)展需要更多能源，同時(shí)溫室氣體排放不僅不能增加，還要減少，真好比“又要馬兒跑，又要馬兒不吃草”，但核能可以做到。以現(xiàn)有的核電技術(shù)而言，1千克鈾所放出的熱量為196億千卡，而1千克標(biāo)準(zhǔn)煤只能放出7000千卡熱量。
因此，在全球氣候變化的節(jié)骨眼上，節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)正促使核能在全球復(fù)興。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）預(yù)測(cè)，至2050年，全球核電裝機(jī)容量將達(dá)到1200-1700GWe（百萬(wàn)千瓦）。目前，我國(guó)核電僅占總能耗不足2%，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，到2020年我國(guó)核電運(yùn)行裝機(jī)容量將達(dá)到40GWe，2050年則可能提高到260GWe及以上。
這意味著，未來(lái)40年，我國(guó)的核能應(yīng)用將翻20倍！
造好爐子，把“煤”燒凈
眾所周知，現(xiàn)在的核能系統(tǒng)——熱中子反應(yīng)堆以鈾-235為燃料，然而鈾-235在自然界中的含量非常小。按照目前估計(jì)的裂變核能發(fā)展趨勢(shì)，地球上的陸基鈾-235的儲(chǔ)量將與化石能源同時(shí)枯竭。那可怎么辦？“我們需要一個(gè)更好的爐子，可以燒更多的核燃料。”徐洪杰說(shuō)，這就是人類為何要研發(fā)新的核能系統(tǒng)。
他打了一個(gè)比方，上世紀(jì)四五十年代，很多孩子會(huì)沿鐵路撿煤渣，因?yàn)槟菚r(shí)候鍋爐燃燒技術(shù)不夠好，煤燒不盡，撿回家還能生爐子。“目前最常用的核反應(yīng)堆，就好比是一個(gè)不夠完善的爐子，只燒了很少一部分最優(yōu)質(zhì)的燃料，而留下了大量的‘煤渣’。”徐洪杰所擔(dān)綱的這個(gè)項(xiàng)目，就是要造一個(gè)新的爐子，不僅可以讓現(xiàn)在的核廢料煥發(fā)“第二春”，還能使用潛在的核資源釷-232。我國(guó)是釷資源大國(guó)，若能將釷用于核能，可保我國(guó)能源供應(yīng)千年無(wú)憂。
中國(guó)選擇了熔鹽堆作為突破方向。“熔鹽堆使用熔融狀態(tài)的氟化鹽攜帶著核燃料——有點(diǎn)類似地殼里的巖漿，在‘爐子’中燃燒，不斷輸出巨大的能量。”徐洪杰說(shuō)，作為國(guó)際第四代反應(yīng)堆核能系統(tǒng)研究的六種候選堆型中唯一的液態(tài)燃料堆，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以在常壓下運(yùn)行、燃料“雜食性”強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。“新?tīng)t子”可以做得非常小巧，封入一定的核燃料就能穩(wěn)定運(yùn)行幾十年，而經(jīng)過(guò)充分燃燒，理論上其產(chǎn)生的核廢料將僅為現(xiàn)有技術(shù)的千分之一。
由于全球新一代核反應(yīng)堆尚處于研發(fā)中，因此我國(guó)自主研發(fā)釷基熔鹽堆，將可能獲得全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這將使中國(guó)把能源的命脈緊緊把握在自己手中。
讓“核”不再咄咄逼人
過(guò)去，人們總是談“核”色變。但新一代核能將帶著綠色、和平的印記，帶人類走入新紀(jì)元。
傳統(tǒng)反應(yīng)堆所產(chǎn)生的核廢料中，有大量易于生產(chǎn)核武器的核燃料钚-239，這使得核能的和平利用有了核武器擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。而“新?tīng)t子”燃燒釷-232產(chǎn)生核燃料鈾-233的同時(shí)還伴生雜質(zhì)鈾-232，這使得釷-鈾核燃料被國(guó)際公認(rèn)為不適合發(fā)展核武器。
此外，“新?tīng)t子”在常壓下運(yùn)行，而非如傳統(tǒng)反應(yīng)堆在高壓下工作，操作簡(jiǎn)單安全。“當(dāng)爐內(nèi)溫度超過(guò)預(yù)定值時(shí)，設(shè)在底部的冷凍塞會(huì)自動(dòng)熔化，攜帶核燃料的熔鹽全部流入應(yīng)急儲(chǔ)存罐，核反應(yīng)即終止。”徐洪杰告訴記者，由于冷卻劑是氟化鹽（同時(shí)攜帶燃料），冷卻后就變成了固態(tài)鹽，這使得核燃料既不容易泄露，也不會(huì)與地下水發(fā)生作用而造成生態(tài)災(zāi)害。同時(shí)也使新一代反應(yīng)堆的選址更加自由：它可建于幾十米深的地下，既可完全隔絕射線，又可防止敵人的武器攻擊；它既可建于大城市中，也可工作于荒郊野外，為偏遠(yuǎn)山村送去恒久的電力……
前景雖然美妙，但科學(xué)家還有很多難題需要攻克。從世界上第一座反應(yīng)堆試驗(yàn)成功，到核電站的商業(yè)推廣，經(jīng)歷了近20年的時(shí)間；而到目前主流核電站技術(shù)的成熟，又經(jīng)過(guò)了20多年的發(fā)展。“新一代反應(yīng)堆真正實(shí)現(xiàn)推廣使用，可能還需要20-30年的時(shí)間。”
