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中国的又一项领先科技钍基熔盐堆技术,为什么美国没有抓住?

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-10   来源:风电滑环   作者:风电叶片   浏览次数:98
核心提示:大家都知道中国建设了世界上规模比较大的钍基熔盐堆,作为第四代核电技术,钍基熔盐堆集大量优势于一身,可以说是一种完美的核电技术。但就是这样的核电技术,美国为什么不去发展,而让中国跑到了前面呢?我是东城观星,继续聊聊核电的话题。一、捉襟见肘的核燃料大家都知道,我们现在的核电站使用铀235做燃料,这是一种非常稀有的物质。从地壳来说,铀的平均含量跟黄金差不多,而其中U235只占0.72%。也就是说我们地球上几乎所有正式的核电站正在使用比黄金还稀有一百倍的物质来发电。不仅如此,地球上的很多核武器、核动力航母以及其他

   

大家都知道中国建设了世界上规模比较大的钍基熔盐堆,作为第四代核电技术,钍基熔盐堆集大量优势于一身,可以说是一种完美的核电技术。
但就是这样的核电技术,美国为什么不去发展,而让中国跑到了前面呢?我是东城观星,继续聊聊核电的话题。
一、捉襟见肘的核燃料大家都知道,我们现在的核电站使用铀235做燃料,这是一种非常稀有的物质。
从地壳来说,铀的平均含量跟黄金差不多,而其中U235只占0.72%。
也就是说我们地球上几乎所有正式的核电站正在使用比黄金还稀有一百倍的物质来发电。
不仅如此,地球上的很多核武器、核动力航母以及其他核动力舰船全都使用这种物质。
更残忍的是,这种物质是不可再生的,一旦用过了,地球上只会越来越少,而不会越来越多。
我们未来重新制造铀235的成本,比重新制造石油的成本还要高。
从这个角度来说,我们的核电站运行是非常奢侈的事情。
当然,很多人也都知道,铀238也可以作为核电站的燃料,现在已经研究出了可以利用铀238发电的核电站。
要知道铀238的储量是铀235的140多倍,而且这个倍数会越来越多,因为铀238就是核电站中核废料的主要成分。
能够利用铀238的核反应堆叫做快中子反应堆,如果世界上的核电站全都变成使用铀238的快中子反应堆,世界上的核燃料突然间就增加了140多倍,人类短时间内都不必担心核燃料不够用了。
但是快中子反应堆的反应条件要比现有的核反应堆剧烈得多,因为快中子的能量非常高,破坏力也非常强,远远高于现在核电站正在使用的热中子,控制起来复杂得多,相关设备材料研制起来也困难得多。
世界上,很多实验堆甚至出现了这样那样的事故,所以理想很丰满,现实很骨感,世界上没有几个国家愿意现在就切换成快中子反应堆。
好在人类还有一个选择,那就是比铀储量还要高四倍的钍元素。
钍232也是一种放射性物质,但它不能用来造原子弹,也不是真正的核燃料,因为它根本不能发生核裂变反应。
一个不能发生核裂变的放射性物质,就算再多,也不太可能被用来造核电站。
好在,人类发现了另外一种核反应堆类型,就是铀238核电站用到的那种增殖反应堆。
二、钍基核反应堆是怎么回事给大家简单讲讲增殖反应堆,顺便解释一下钍基核反应堆的优势。
铀238可以吸收快中子变成钚239,钚239才是快中子核反应堆真正的核燃料,因为在核反应的过程中核燃料不断产生,所以叫做增殖反应堆。
钍232也可以吸收中子,最终变成铀233,铀233也是一种核燃料,只是不太适合造原子弹,但用来发电是毫无问题的。
这里给大家讲一个目前主流的科普文章都没有告诉过大家的一个知识,这个知识也正是钍基核反应堆最值得期待的原因之一。
钍232不仅可以吸收快中子完成核燃料的增殖,而且吸收热中子也可以完成核燃料的增殖。
换句话说,用钍基核燃料的核电站可以像传统核电站一样,工作在热中子的环境中,而不必专门探索快中子的工作环境。
再强调一遍,虽然人类也掌握了快中子核反应堆技术,但是快中子对设备材料的伤害是超出想象的,快中子反应堆设备的寿命远远低于传统的核电站。
既然钍232本身并不是核燃料,而钍232自己也不能自动产生大量中子,所以钍基熔盐堆的核燃料并不是简简单单的钍或者钍的化合物,而是掺入了一定量的铀235,可以说铀235是用来点火的,钍232是用来烧炭的,铀233才是最终要用来燃烧的。
更有意思的是,钍232的增殖堆,在热中子环境下可以正常发电,给人类提供能源。
如果在快中子环境下,不仅可以发电,还可以用来清除核废料。
在快中子环境下,钍232、铀238,这些长寿命的放射性物质,可以通过跟中子反应,而逐渐转变为短寿命或者无辐射的物质,从而起到清除核废料的作用。
这样的反应也叫嬗变反应,就是用来处理核废料的,如果捎带脚还能发电,那岂不是很理想的吗?正常核电站产生的核废料经过简单处理以后,也可以跟钍232混合在一起用钍的快中子堆来进行减害处理。
中国武威正在试验的钍基熔盐堆属于热中子反应堆,也就是主要用来发电的。
从安全性和可靠性上来说,要比快中子反应堆更可控一些。
这种反应堆从设计上来说还是很巧妙的,利用类似岩浆的核燃料溶液,不仅降低了核燃料制备难度,而且可以提高核反应堆的热利用效率,甚至还能在紧急停堆的情况下,靠重力迅速卸掉燃料避免爆炸,也不会发生任何形式的核泄漏,非常靠谱。
关于这种堆的优势,很多文章已经有所介绍了,这里就不多说了。
那这么好用的反应堆技术,美国为什么不去发展呢?三、美国为什么不发展钍基熔盐堆呢?钍基熔盐堆因为燃料广泛,安全性高,被评选为重点发展的第四代核电技术之一。
作为核能最发达的国家,美国为什么不重点发展钍基熔盐堆呢?其实并不是美国不能发展钍基熔盐堆,因为美国是世界上最早发展钍基熔盐堆的国家,早在上世纪六十年代,美国就已经建成了8兆瓦的钍基熔盐堆实验堆,甚至准备把熔盐堆技术搬到核动力飞机和核动力空间飞行器上。
目前很多国家进行的钍基熔盐堆项目,都会参照当年的设计方案,甚至很多关键材料也是参考美国的。
所以,如果说美国没有钍基熔盐堆技术,那肯定是某些人想当然说出来的。
只是,美国暂时还没有把这项技术作为未来民用核电站发展的重点而已。
六十年代以后,美国之所以没有持续发展钍基熔盐堆技术,很关键的一个因素,就是这种核反应堆技术,并不能生产制造核武器的核燃料钚239,而铀233虽然可以发生核裂变,但并不适合制作核武器。
在核军备竞赛的大环境下,发展以U235为核燃料,捎带脚可以生产钚239的核反应堆,显然具有一举多得的作用。
正是因为美国建设了百多个这样的核电站,每年可以生产大量的钚239,所以美国才能制造出那么多的核武器出来。
关于核电站可以生产钚239,大家通过日本核电站的消息就可以看出来,日本的核电站积累了几十吨的钚239,甚至每年都可以生产10吨左右的钚239。
只是日本没有权利利用这些钚239来制造核武器而已。
进入新世纪,美国仍然没有选择发展钍基熔盐堆,这时候生产钚239已经不是主要原因了。
这应该跟两个饱和有关,一个是核电站饱和,第二个是电力应用饱和。
美国的发达,是建立在高份额利用全世界资源的基础上的,美国就像是一个资源过剩的大富翁,并不会像资源紧缺型的国家那样去考虑问题。
关于这一点,从美国新能源汽车发展相对缓慢就可以看出来。
美国拥有世界上近25%的核电站,这些核电站大部分还有很长的寿命,并不急着淘汰。
就算有一部分需要淘汰的,美国可以做的选择有很多,包括用新能源发电来替代,用第三代核电站技术来替代,甚至用传统火力发电站来替代,以便消耗消耗美国自己的石油天然气。
所以,美国并不着急用新技术来替代现有的核电站。
另外,美国的核电站基本上都是使用铀235来发电的,在国内已经形成了非常成熟的核燃料加工产业和核废料处理产业,想说转向,可不是一件很容易的事情。
如果切换到钍基熔盐堆,哪怕只有四分之一的核电站进行这样的切换,那带来的影响也是非同小可的。
更何况美国就算发展第四代核电站,以消耗核废料为主的快中子反应堆显然对于消耗美国已经积累的巨量核废料更有意义,而且成本更低。
从电力供应来说,美国前期的去工业化进程造成了国内的电力需求量增长乏力,新建设发电站的需求并不迫切。
相对来说,中国的全年发电量早已经是美国的两倍了,未来还有持续增长的趋势。
中国国内捉襟见肘的电力供应压力远远高于美国。
而且中国的环境压力也远远高于美国,中国不可能再大力建设火力发电站来补充每年增加的用电量。
中国在大力发展新能源发电的同时,开发一定规模的核电技术,是有内在驱动力的。
相对于美国成熟的核电产业链来说,中国的核电工业还处于起步阶段,核电站数量远远比不上美国,这给中国核电站转向带来了优势。
一方面,中国的核燃料生产很大程度上依赖进口,就算切换到其他路线,也不会给国内产业带来太大的影响。
另一方面,中国国内铀矿贫乏,核燃料严重依赖进口,从战略上来说这是不太安全的。
相反,中国是世界上钍储量第二的国家,钍矿完全可以实现自给自足,发展钍基核电站对于实现能源自主来说有非常重要的意义。
所以,中国比美国更早发展起来钍基熔盐堆发电站,并不奇怪。
并不是说中国比美国先进,只是有更大的迫切性而已。
当然,一旦这项技术发展起来以后,它的优势给中国带来的好处是无比巨大的。
不仅可以用来发电,可以用来取暖,甚至可以用来发展太空核电技术,关于这一点我们以后再专门介绍。
好了,今天就介绍这么多吧,我是东城观星,感谢大家的订阅与关注。

 
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