來源：Nature Portfolio

　　如果中國的實驗反應(yīng)堆取得成功，它可能會推動商業(yè)化，并幫助中國實現(xiàn)其氣候目標(biāo)。

　　中國即將啟動一種以釷為燃料的核反應(yīng)實驗堆，這讓全球科研人員興奮不已。盡管這種放射性元素以前也在反應(yīng)堆中試驗過，但專家表示，中國是第一個嘗試將這項技術(shù)商業(yè)化的國家。

　　這個反應(yīng)堆的不同之處在于，它內(nèi)部循環(huán)的是熔鹽而不是水。它有潛力產(chǎn)出相對安全和廉價的核能，其產(chǎn)生的長壽命放射性廢料也比常規(guī)反應(yīng)堆要少很多。

中國有50多座圖中這樣的常規(guī)核電站，但在甘肅省武威建成的實驗堆是第一座釷實驗堆。來源：Costfoto/Barcroft Media/Getty

　　據(jù)甘肅省政府稱，位于戈壁沙漠近郊的武威實驗性釷反應(yīng)堆于8月底前完成建設(shè)，并計劃于本月投入試運行。

　　釷是一種放射性較弱的銀色金屬，天然存在于巖石中，目前幾乎沒有任何工業(yè)用途。研究人員稱，釷在中國蓬勃發(fā)展的稀土開采業(yè)中是一種廢料，因此，釷是進口鈾的一種理想替代品。

　　潛力無限

　　“釷的儲量比鈾豐富很多，因此在50或100年后，當(dāng)鈾的儲量開始減少時，釷將成為一項非常有用的技術(shù)，”澳大利亞核科學(xué)和技術(shù)組織的核工程師Lyndon Edwards說，“但這項技術(shù)需要幾十年的時間才能實現(xiàn)，所以我們現(xiàn)在就要開始。”

　　與中國科研團隊密切合作的日本國際釷基熔鹽論壇前主席吉岡律夫（Ritsuo Yoshioka）表示，中國2011年就啟動了熔鹽反應(yīng)堆計劃，投資約30億元人民幣（5億美元）。

　　武威反應(yīng)堆由上海應(yīng)用物理研究所負責(zé)運行，其設(shè)計只能產(chǎn)生2兆瓦的熱能，僅夠滿足1000戶家庭的供電需求。如果這次的試驗成功，中國希望在2030年前建造一個373兆瓦的反應(yīng)堆，可為數(shù)十萬戶家庭供電。

　　中國國家發(fā)改委能源研究所能源模型專家姜克雋表示，這些反應(yīng)堆是幫助中國在2050年左右實現(xiàn)零碳排放目標(biāo)的“最佳技術(shù)”之一。

　　自然界存在的同位素釷-232不會自發(fā)裂變，但在反應(yīng)堆中受到輻照時，釷-232會吸收中子形成鈾-233，而鈾-233是一種會產(chǎn)生熱量的裂變材料。

　　美國、德國和英國等國家已經(jīng)在其他類型的核反應(yīng)堆中用釷作為燃料進行了測試，印度的核計劃也打算測試釷。但迄今為止，釷尚未被證明具有成本效益，因為它的提煉成本比鈾高，而且與自然界存在的一些鈾的同位素不同，釷需要先轉(zhuǎn)換為裂變材料。

　　一些研究人員支持將釷作為燃料，因為他們認(rèn)為與鈾相比，釷的廢料被武器化的可能性更小，但有人認(rèn)為風(fēng)險仍然存在。

來源：美國能源部/國際原子能機構(gòu)

　　從美國到中國

　　如果中國啟動這個實驗堆，這不僅將是自1969年美國橡樹嶺國家實驗室研究人員關(guān)閉其反應(yīng)堆以來運行的首個熔鹽反應(yīng)堆，也是第一個以釷為燃料的熔鹽反應(yīng)堆。與上海應(yīng)用物理研究所合作的研究人員表示，中國的反應(yīng)堆復(fù)刻了橡樹嶺的設(shè)計，同時又在過去幾十年的制造、材料和儀器創(chuàng)新成果上改進了原有設(shè)計。

　　直接參與反應(yīng)堆工作的中國研究人員并未就反應(yīng)堆設(shè)計和試驗的確切開始時間作出回應(yīng)。

　　麻省理工學(xué)院的核工程師Charles Forsberg說，與常規(guī)核電站中的輕水反應(yīng)堆相比，熔鹽反應(yīng)堆的運行溫度要高得多，意味著它們的發(fā)電效率更高。

　　中國的反應(yīng)堆將使用氟化鹽，當(dāng)加熱到大約450攝氏度時，氟化鹽會熔化成無色透明液體。氟化鹽可充當(dāng)冷卻劑，從反應(yīng)堆堆芯輸出熱量。此外，熔鹽反應(yīng)堆也不使用固體燃料棒，而是使用液態(tài)鹽作為釷等燃料的基質(zhì)，使其能直接融在堆芯中。

　　熔鹽反應(yīng)堆被認(rèn)為較為安全，因為燃料已經(jīng)融在了液體中，它們的工作壓力比常規(guī)核反應(yīng)堆更低，降低了爆炸性熔毀的風(fēng)險。

　　吉岡律夫說，許多國家都在研究熔鹽反應(yīng)堆——用鈾產(chǎn)生更廉價的電，或使用輕水反應(yīng)堆的廢钚作為燃料——但只有中國在嘗試使用釷燃料。

印度孟買巴巴原子研究中心的釷丸。來源：Pallava Bagla/Corbis/Getty

　　下一代反應(yīng)堆

　　Forsberg認(rèn)為，中國的反應(yīng)堆將成為“一個開展大量研究的試驗平臺”，從分析腐蝕到表征混合物循環(huán)時放射性核素的組成等等。

　　“我們將獲得很多新的科學(xué)認(rèn)知，”英國班戈大學(xué)核材料科學(xué)家Simon Middleburgh表示贊同，“如果他們愿意讓我參與，我會馬上坐飛機飛過去。”

　　中國的反應(yīng)堆可能需要幾個月的時間才能全面運轉(zhuǎn)。Middleburgh說：“如果這個過程中出現(xiàn)了任何問題，就必須停下來重新開始。”例如，熔鹽泵可能會出故障，管道可能會腐蝕或堵塞。盡管如此，科學(xué)家還是對成功抱有希望。

　　熔鹽反應(yīng)堆只是中國投資的眾多先進核技術(shù)之一。2002年，一個政府間論壇確定了將在2030年前快速推進的6種很有前景的反應(yīng)堆技術(shù)，包括用鉛或鈉液體冷卻的堆型。中國為每種技術(shù)路線都制定了計劃。

　　香港的Lantau Group能源咨詢公司的項目經(jīng)理余德偉（David Fishman）表示，其中幾種堆型有望取代燃煤電廠。“在向碳中和邁進的過程中，中國可能會淘汰（發(fā)電廠）鍋爐，并用核反應(yīng)堆進行改造升級。”