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顛覆“離不開水”的定律!未來可期的四代核電!

發布時間:2024-04-20 10:50:28 來源:中國科學技術館 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

人類的發展離不開能源,節能和可持續也是未來能源發展的目標。第四代核反應堆研究序列中有一款就值得我們期待,它的核燃料是釷不是鈾,不僅易開采,而且更安全、更環保。

目前全球所有核電站,大約有60%都采用壓水堆的技術。核電站靠元素裂變釋放能量發電。具體說,就是核燃料通過鏈式反應持續裂變發熱,用水把熱帶走,水被加熱成蒸汽,蒸汽推動蒸汽輪機發電,同時水還起到冷卻作用。這樣循環往復持續運作。不過為了提高蒸汽輪機的發電效率,溫度低了不劃算。可水在常壓下100℃就沸騰了,那就給水加壓,提高它的沸點。這也是壓水堆這個名字的由來。

壓力大、高輻射的工作環境對于材料的要求當然很高,正常情況下當然是沒問題的。設計者考慮了諸多極端情況,配以各種應對措施。只不過再好的設計,也架不住天災人禍的輪番沖擊。

人類的發展離不開能源,現在都在強調節能減排,在可以預見的將來化石能源也必然會被淘汰,不過誰來接班呢?核能是目前看來最有希望接過這根接力棒的,只不過靠以往的核反應堆恐怕還不夠。

目前第四代核反應堆的研究序列中,有一款就值得我們期待,它就是釷基熔鹽堆TMSR。從名字咱就可以看出,它的核燃料是釷不是鈾,它以氟化釷為冷卻劑和燃料。由于釷本身并不能達成鏈式反應,就需要中子轟擊釷232成為鈾233,而鈾233是可以進行鏈式反應的,同時作為中子源持續轟擊釷232繼續讓它增殖。因為熔鹽狀態的氟化釷溫度高,熱容大,工作效率就高。而且只需要常壓下就能工作。

另外,一旦發生問題,溫度激增會直接將反應堆底部的保險塞融化,熔鹽迅速流出。由于失去了鈾233中子源的轟擊,釷還是釷,它無法繼續鏈式反應。而一旦溫度下降,熔鹽就會凝固,將整個堆芯包裹在里面。不會出現福島那種堆芯融化,需要不斷用水來降溫,最后弄出海量核污水的情況。形象點兒說,前者有點兒釜底抽薪的意思,而后者則只能揚湯止沸,哪個更靠譜更合理一目了然。

同時,從核廢料的角度看,釷堆產生的核廢料半衰期更短,相比鈾堆,從幾萬年直接降低到五百年。畢竟處理廢料也是成本啊。更別說從蘊藏量和開采難易度上講,釷也比鈾便宜多了。從安全角度考慮,鈾堆需要建在水邊,前面說了啊,需要水來降溫。而鄰水的地方往往是發達地區,缺電,可一旦出事,危害也更嚴重。釷堆就沒這個問題,很適合往欠發達地區,缺水地區推廣。

當然凡事有一利必有一弊,釷堆的設計和制造肯定更為復雜,技術難度大。不然也不會讓鈾堆滿街跑了。更別說鈾堆還有個副產品——钚239,原子彈的原料喔。這就好理解當年美蘇為何都不約而同在眾多方案中選擇了它吧。不過這倒也給了釷堆另一個優勢,向欠發達國家輸出,不用擔心核武器擴散問題,真正讓全世界人民都幸福起來。

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