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钍会成为核电的未来吗?

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-10-02   来源:风电叶片   作者:风力发电机   浏览次数:50
核心提示:除非你很喜欢关于煤气灯和使其光线明亮的灯罩的琐事,否则你可能从未听说过钍,但你在未来可能会听到更多关于它的消息。这种不起眼的金属将有朝一日可以跟铀相媲美,进而成为核燃料的首选。钍是什么?钍由瑞典化学家Jons Jakob Berzelius于1828年发现,以北欧的雷神Thor命名。它是一种略带放射性的金属,在世界各地的岩石和土壤中都有微量存在,其中在印度和爱达荷州尤其丰富。钍只有一种主要的同位素--232Th,它的其他同位素则只以微小的痕迹存在。这种同位素最终会衰变为铅同位素208Pb。不过使钍变得有趣

   

除非你很喜欢关于煤气灯和使其光线明亮的灯罩的琐事,否则你可能从未听说过钍,但你在未来可能会听到更多关于它的消息。
这种不起眼的金属将有朝一日可以跟铀相媲美,进而成为核燃料的首选。
钍是什么?钍由瑞典化学家Jons Jakob Berzelius于1828年发现,以北欧的雷神Thor命名。
它是一种略带放射性的金属,在世界各地的岩石和土壤中都有微量存在,其中在印度和爱达荷州尤其丰富。
钍只有一种主要的同位素--232Th,它的其他同位素则只以微小的痕迹存在。
这种同位素最终会衰变为铅同位素208Pb。
不过使钍变得有趣的是,232Th可以很容易地吸收经过的中子然后将其变成233Th。
这种新同位素会在几分钟内发出一个电子和一个反中子进而成为233Pa--一种钯的同位素。
它的半衰期为27天,随后会转化为一种叫做233U的铀同位素。
换言之,核燃料。
然而挑战在于对燃料和反应堆的设计,进而使其产生的233U比反应堆消耗的多。
如果能做到这一点,那么钍就比铀有优势,因为铀不能产生更多的燃料或在传统反应堆中“繁殖”。
另外,也有可能将钍和钚混合成一种混合燃料,然后在钚被消耗的同时产生铀。
这当中的诀窍是找到燃料的最佳混合和安排,进而可以处理中子和它们的吸收。
另外,钍也会吸收快中子,所以它们也可以用于快速熔盐反应堆和其他现在正在出现的第四代反应堆,通过铀或钚燃料来启动裂变--尽管它不像238U那样好用。
钍反应堆自1960年以来,从橡树岭国家实验室的钍基核反应堆开始已经建造了一些钍反应堆,目前还有一些研究反应堆在运行。
现在,虽然钍被一些人视为能源和环境问题的千年解决方案,但因为高额的启动成本和一些技术障碍,这种方案也就无法启动。
据了及诶,发展如此缓慢的部分原因是,铀基反应堆和支持它们的基础设施在第二次世界大战后有一个长期的起步。
20世纪70年代,液态金属快中子反应堆(LMFBR)的发展似乎比钍的商业应用更有发展前景,美国政府在1973年后基本上放弃了钍的研究。
等到21世纪初,该领域的许多工程师甚至不知道钍反应堆。
现在,有许多不同的钍反应堆设计正在开发,特别是在印度和中国。
以下是一些正在运行、正在建造或仍在绘图板上有关钍反应堆的情况:先进重水反应堆(AHWR)这些反应堆的中子被重水减缓或缓和,重水在化学上跟普通轻水相同,但氢原子被氘取代,氘是带有一个额外中子的氢(2H)。
冷却则是通过轻水在重力驱动的水池中自然循环进行的。
由于钍会吸收中子,所以它是AHWR的一个非常好的燃料。
此外,该技术已经在CANDU等重水反应堆中使用了几十年。
当驱动燃料被回收的233U取代,所产生的能量就有80%来自钍循环。
印度最新的设计--AHWR-300反应堆将在孟买的巴哈原子研究中心(BARC)投产时使用钍芯。
水均匀反应堆(AHR)水均匀反应堆(AHR)跟其他反应堆不同,它们的核盐如硫酸铀或硝酸铀溶解在轻水或重水中作为燃料源、冷却剂和慢化剂。
通过使用重水,其有可能将可溶性钍盐引入其中。
沸水反应堆(BWR)顾名思义,沸水反应堆通过煮沸冷却剂水来产生蒸汽进而使涡轮机旋转。
它们的优点是设计灵活、不同长度和成分的燃料棒可以在堆芯中排列以适应钍钚燃料。
在这些反应堆中,可以通过配置钍元素的方式将BWR变成一个增殖反应堆,其产生的燃料比它消耗的多,而这在热中子堆芯中通常是不可能的。
压水式反应堆(PWR)压水式反应堆(PWR)是最常见的核反应堆之一,其使用一个设置在压力容器中的堆芯来提高水温。
虽然有可能为这些反应堆生产钍燃料元件,但它们的设计不是很灵活且无法生产出大量的233U。
熔盐反应堆(MSR)熔盐反应堆(MSR)使用加热到700°C的盐的混合物作为冷却剂和核燃料的容器。
在这种情况下,氟化钍和氟化铀的混合物混合在盐中,而不是包含在燃料棒中。
因为它在大气压力下运行并允许在关闭时使用被动安全系统,所以不仅使反应堆更有效率,而且还消除了对容纳反应堆的重型结构的需要。
此外,该反应堆可以定期补充燃料并通过化学循环清洗副产品,而且它还有可能成为增殖反应堆。
高温气冷式反应堆(HTR)高温气冷式反应堆(HTR)是第四代反应堆,它使用的钍基燃料是涂有热解碳和碳化硅层的鹅卵石形式,它们可以保留裂变气体,之后涂上石墨作为慢化剂,进而保护燃料免受高温影响。
这些卵石床反应堆在顶部输入燃料,废卵石则从底部取出。
冷却通过惰性氦气的循环发生。
快中子反应堆(FNR)快中子反应堆(FNR)使用快中子,而非传统类型反应堆中使用的慢中子或热中子。
这种类型的反应堆不需要慢化剂来运作,它可以燃烧钍,但它也可以使用贫化铀,贫化铀供应量大且相对便宜。
加速器驱动反应堆(ADS)加速器驱动反应堆(ADS)是一个概念反应堆,可以使用跟钚混合的钍。
在这种设计中,燃料被保持在一个比维持核反应所需的更低的密度。
反之,燃料被一个粒子加速器产生的中子轰击。
这使得它非常安全并产生非常短命的核废料,但为这样的反应堆建造一个足够可靠的加速器仍是一个主要障碍。
优势与劣势钍作为未来的核燃料,跟铀相比有着许多优势和劣势。
其中最重要的是,另一种燃料

 
关键词: 风电叶片 风电塔筒
 
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