釷基熔鹽堆，這個聽起來讓人如墜云中的專業(yè)名詞，可能在三四十年后，成為我國能源供應的一大支柱。
不久前，作為中國科學院首批啟動的戰(zhàn)略性先導科技專項之一，“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統”項目正式啟動。其科學目標是用20年左右時間，研發(fā)出新一代核能系統，所有技術均達到中試水平并擁有全部知識產權。
幾十年后，核電站也許將能夠遍布我國領土，甚至就在大城市的四周——說不定，自家小區(qū)不遠的地下就有一個核電站。它會對我們的生活產生什么樣的影響？它安全嗎？該項目負責人、中科院上海應用物理研究所徐洪杰研究員，對這個未來的核電站進行了一番初探。
40年，將翻20倍
化石能源即將枯竭，太陽能、風能不夠穩(wěn)定，水能開發(fā)已過極限……中國未來的能源支柱何在？
核能，似乎是一個靠譜的選擇：能量密度高、低碳排放、潛在的可持續(xù)發(fā)展。
“2005年，我國GDP總和為18.23萬億元，一次能源總耗量為22.3億噸標準煤。如今，我國已成為溫室氣體排放的大國，再過三四十年，我國GDP總量可能達到117萬億元，相應能源需求將增加多少？”徐洪杰說，發(fā)展需要更多能源，同時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。以現有的核電技術而言，1千克鈾所放出的熱量為196億千卡，而1千克標準煤只能放出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、低碳經濟正促使核能在全球復興。據國際能源機構（IEA）預測，至2050年，全球核電裝機容量將達到1200-1700GWe（百萬千瓦）。目前，我國核電僅占總能耗不足2%，根據國家發(fā)改委發(fā)布的核電中長期發(fā)展規(guī)劃，到2020年我國核電運行裝機容量將達到40GWe，2050年則可能提高到260GWe及以上。
這意味著，未來40年，我國的核能應用將翻20倍！
造好爐子，把“煤”燒凈
眾所周知，現在的核能系統——熱中子反應堆以鈾-235為燃料，然而鈾-235在自然界中的含量非常小。按照目前估計的裂變核能發(fā)展趨勢，地球上的陸基鈾-235的儲量將與化石能源同時枯竭。那可怎么辦？“我們需要一個更好的爐子，可以燒更多的核燃料。”徐洪杰說，這就是人類為何要研發(fā)新的核能系統。
他打了一個比方，上世紀四五十年代，很多孩子會沿鐵路撿煤渣，因為那時候鍋爐燃燒技術不夠好，煤燒不盡，撿回家還能生爐子。“目前最常用的核反應堆，就好比是一個不夠完善的爐子，只燒了很少一部分最優(yōu)質的燃料，而留下了大量的‘煤渣’。”徐洪杰所擔綱的這個項目，就是要造一個新的爐子，不僅可以讓現在的核廢料煥發(fā)“第二春”，還能使用潛在的核資源釷-232。我國是釷資源大國，若能將釷用于核能，可保我國能源供應千年無憂。
中國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，作為國際第四代反應堆核能系統研究的六種候選堆型中唯一的液態(tài)燃料堆，它具有結構簡單、可以在常壓下運行、燃料“雜食性”強等優(yōu)點。“新爐子”可以做得非常小巧，封入一定的核燃料就能穩(wěn)定運行幾十年，而經過充分燃燒，理論上其產生的核廢料將僅為現有技術的千分之一。
由于全球新一代核反應堆尚處于研發(fā)中，因此我國自主研發(fā)釷基熔鹽堆，將可能獲得全部自主知識產權。這將使中國把能源的命脈緊緊把握在自己手中。
讓“核”不再咄咄逼人
過去，人們總是談“核”色變。但新一代核能將帶著綠色、和平的印記，帶人類走入新紀元。
傳統反應堆所產生的核廢料中，有大量易于生產核武器的核燃料钚-239，這使得核能的和平利用有了核武器擴散的風險。而“新爐子”燃燒釷-232產生核燃料鈾-233的同時還伴生雜質鈾-232，這使得釷-鈾核燃料被國際公認為不適合發(fā)展核武器。
此外，“新爐子”在常壓下運行，而非如傳統反應堆在高壓下工作，操作簡單安全。“當爐內溫度超過預定值時，設在底部的冷凍塞會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽全部流入應急儲存罐，核反應即終止。”徐洪杰告訴記者，由于冷卻劑是氟化鹽（同時攜帶燃料），冷卻后就變成了固態(tài)鹽，這使得核燃料既不容易泄露，也不會與地下水發(fā)生作用而造成生態(tài)災害。同時也使新一代反應堆的選址更加自由：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，為偏遠山村送去恒久的電力……
前景雖然美妙，但科學家還有很多難題需要攻克。從世界上第一座反應堆試驗成功，到核電站的商業(yè)推廣，經歷了近20年的時間；而到目前主流核電站技術的成熟，又經過了20多年的發(fā)展。“新一代反應堆真正實現推廣使用，可能還需要20-30年的時間。”
