我国如何首次实现熔盐堆钍铀燃料转换?

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我国在甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆(TMSR) 上,首次成功实现了基于熔盐堆技术的 钍-铀燃料循环,这是全球核能领域一个里程碑式的突破,标志着我国在第四代先进核能系统的研发和探索新型核燃料资源方面走在了世界前列。


详细解读

这项突破具体是什么?

就是科学家们在实验堆中,成功地将一种本身无法直接用于核裂变的元素——钍-232——转化为可以裂变并产生巨大能量的元素——铀-233,并使其持续运行,验证了整个技术路线的可行性。

  • 原料:钍-232,钍是一种银白色的金属,在我国储量非常丰富(据估算,储量位居世界第二),与目前核电站广泛使用的铀相比,钍矿的提炼更简单,放射性也更低。

  • 过程:核嬗变,在熔盐堆的特殊环境中,钍-232吸收中子后,经过一系列衰变,最终变成高效核燃料——铀-233。

  • 技术载体:熔盐堆,这是实现这一转化的关键平台,它是一种第四代先进核能系统,使用熔融状态的氟化盐作为核燃料的载体和冷却剂。

为什么这项突破如此重要?

这项成功具有深远的意义,可以概括为“一多、一少、一高、一安全”。

  • 资源多:释放巨大的潜在能源我国是“贫铀富钍”的国家,钍的探明储量远超铀,如果能大规模利用钍资源,将能为我国能源供给提供数千年的保障,极大降低对国外铀资源的依赖。

  • 废料少:核废料更易处理基于钍铀循环的熔盐堆产生的长寿命放射性废料远比传统铀反应堆少,其核废料的放射性衰变周期可以从数万年缩短到几百年,大大减轻了核废料处理的长期压力和环境负担。

  • 安全性高:固有安全性熔盐堆采用“固有安全”设计,在正常运行时,核燃料溶解在高温熔盐中循环,一旦出现异常情况,熔盐会因冷却而凝固,自动将放射性物质封存在固态盐中,从根本上避免了堆芯熔毁等严重事故,像福岛那样的灾难不会发生。

  • 防扩散:难以用于军事目的在钍铀循环过程中产生的铀-233,通常会混有铀-232,后者衰变会产生强伽马射线,使得燃料处理极其困难且容易被探测,这使其天生具备防核扩散的特性。

背景与未来展望

  • 技术渊源:熔盐堆的概念最早由美国在20世纪中叶提出,但后来研究方向被放弃,我国科学家在这一领域进行了“跨越式”的探索和攻关。

  • 实验堆地位:位于甘肃武威的钍基熔盐实验堆是全球首座专门用于验证钍铀循环技术的实验平台,于2025年投入运行。

  • 未来发展:此次成功实现钍铀燃料转换,是从“原理验证”迈向“工程验证”的关键一步,科学家们将继续积累运行数据,优化技术,为未来建设更大规模的实验堆和最终的商业示范堆奠定坚实的基础。

我国首次实现基于熔盐堆的钍铀核燃料循环,不仅是一项重大的基础科学突破,更是一项具有战略意义的能源技术成就,它有望为解决我国能源安全、实现“双碳”目标以及全球核能的可持续发展,提供一条全新的、极具潜力的中国方案。

一句话总结:我们成功地把地球上储量丰富的“石头”(钍),在一种极其安全的反应堆(熔盐堆)里,变成了清洁高效的核燃料,并大大减少了核废料问题。

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