2024年7月,中国科学院上海应用物理研究所发布《小型模块化钍基熔盐堆研究设施项目环境影响报告书(选址阶段)》,表示中国在能源领域再次获得重大突破,或将建成世界上第一个钍基熔盐堆核电站。建设目标为2025年年内破土动工,2029年首次临界并满功率运行。
一旦建成,不仅可以彻底改变能源储量低的现状,还能够领跑第4代能源发展。
而且据专家预测,中国的钍基能源取之不尽,用之不竭,最少可以使用2万年。
钍基能源的运行原理是什么?又有什么样的优势呢?
资源的困境
钍能源的最大优势就是解决我国能源储备不足的问题。
首先,中国的铀元素相当有限。
铀元素是核裂变过程中必不可少的重要元素,能够为核反应堆提供助推的能量,也是目前各国研发的最稳定,最高效的能源,但这种能源却存在三大弊端。
第一是裂变情况不够稳定,一旦终止很容易造成热量和能源堆积,发生意外。
最典型的就是当时福岛核电站的泄漏事件,直接给全人类造成了无法抚平的伤痛。
第二,在冷却的过程中需要消耗大量的水资源,变相增加了核裂变的成本,而且在冷却过程中操作不当也会发生意外。
第三,也是至关重要的一点,中国的铀元素储量其实相当贫乏。
核裂变是当前军工重工领域的重要技术,被广泛运用于电力,军事和航空航天,相关领域的特殊性就注定了该元素必将受到世界各国的重视。
各国对铀元素的进出口进行严格把控,一旦一个国家的储量出现枯竭,很难通过进口渠道填补空白。
更何况本身中国的发展就一直受到西方国家的限制,想要获得突破更是难上加难。
所以中国急需要一种新的能源来取代铀元素,以免在元素枯竭后影响到各领域的发展。
其次,中国的水资源分布并不平衡。
反应堆冷却的时候需要大量的水资源,但中国的反应实验大多都在西北地区完成,西北地区干旱少雨,仅有的水资源也只能保障民生,所以给反应堆实验增加了很多困难。
几十年来,科学家们都在寻找一种无序水冷却的反应元素,以方便反应堆能够广泛应用于各地区,各行业。
终于,钍元素横空出世,给中国的重工业带来无限可能。
钍元素究竟有什么优势呢?
反应过程
想要知道钍元素的优势,首先要了解核能提供的过程。
核反应堆在核裂变过程中的作用就像是生火的炭,不同的反应堆就像是木炭的不同类型。
核反应堆在运作的过程中加速升温,为核裂变的元素提供能量,最终原子在高温下发生裂变,并通过裂变产生巨大的能量。
所以核反应堆的质量在整个裂变过程中至关重要,目前主流采用的是以轻水堆和重水堆为主。
这两种反应堆更像是物理实验中常用的水浴法。
这两种办法通常会使用不同的管道,通过化学元素变化给管道里的水加温,当管道里的水达到七至高温沸腾的时候,就能够给另外一个管道里的元素提供能量,促进裂变。
但是轻水堆和重水堆的问题非常明显,因为整个反应的过程不在一个管道内进行,如果中途想要停止的话,必须对不同的管道进行分类处理。
稍有不慎就可能造成管道里的水沸已经停止,但另外一个管道里的裂变还没有停止,结果就会产生过多的能量,最终导致爆炸。
但钍元素完全可以规避这种情况。
和轻水堆和重水堆不同的是,钍元素主要以熔盐形态出现,本身就具有一定的高温,所以无需采用管道隔离,水浴加热的办法。
在钍元素运行过程中,完全可以将两个管道里的物质融合到一起,熔盐裹挟裂变元素一起出现,双方无论是提供能量还是消耗能量都是同时进行的。
所以哪怕中途出现意外,两种反应可以在同一时间全部停止。
而且因为熔盐本身就具有温度调节的能力,甚至在冷却的过程中也不需要水来降温。
那么,既然钍元素有那么多的优势,其他国家为什么没有使用呢?
元素优势
其实早在上世纪70年代,各国就已经在该领域投入研究了,当时的主力以美苏两大强国为主。
可惜两大团队在研究的过程中总是在临门一脚时发生意外,最终导致他们的研究被迫搁置,国际社会上甚至一度出现了该元素到底能不能使用的争议。
面对国际上的质疑,中国科学家却顶住了压力,坚定认为该元素一定能够成为未来引领一个时代的能源。
最终在中国科学家的不懈努力下,钍元素的能量终于被发掘出来。
而且中国铀元素的储量虽然不足,钍元素的储量却相当可观。
据科学家推测,中国的钍元素可以持续使用2万年,而且不会受到地形和其他能源的干扰,算得上是取之不尽,用之不竭。
拥有如此丰富的反应能源,到时候中国就可以把核反应运用到除军工以外的各个领域。
此前,甘肃武威就曾经建设了以钍元素为主的发电厂,有效解决了当地居民用电不足的问题,弥补甘肃地区水力发电不足的空白。
而且目前全世界普遍关注气候问题,如何有效地利用水资源?如何降低污染物的排放?都是科学家们急需攻克的难题。
相比于水力发电和火力发电的消耗,钍元素既不会造成污染,也不会造成浪费,绝对是符合时代发展诉求的清洁能源。
钍元素的成功研发和使用,代表着中国的能源科技再次走上一个新的台阶,这是对强大综合国力的肯定,同时也是对科学家们不懈努力的回馈。
如今在芯片研发领域,中国已经全面领跑,成为5G时代发展的标杆,如果在新能源领域,中国也能保持着强势的发展步伐,带领世界进入第4代能源全面发展的阶段,那么中国的综合国力将会更上一个台阶,给中国未来的发展带来无限可能!
参考文献
界面新闻:中国将建造全球首座钍基熔盐堆核电站
中国证券网:钍基熔盐实验堆建成 上海建工与中科院上海应物所深入合作