核反应装置三维概念图。视觉中国供图

作者：段跃初

大家好，今天我要给大家科普一个高大上的话题——第四代核能技术。什么？核能还能有第四代？是的，你没听错。核能作为一种绿色、高效、低碳排放的新型能源，一直被认为是解决能源危机和环境污染问题的关键。但是，核能利用过程中的安全问题、核废料处理、核武器扩散等问题，也让人们忧心忡忡。所以，全球科学家们一直在努力研发更先进的核能系统，这就是第四代核能技术。
第四代核能技术目前还处在原型堆技术研发阶段，预计将在2030年投入使用。国际上公认的第四代核反应堆型有气冷快堆、熔盐堆等六大不同的系统。而我国在气冷快堆、熔盐堆研发都处于领先地位，成为全球新能源领域的领跑者。
那么，什么是熔盐堆呢？熔盐堆是第四代核能系统研究候选堆型中唯一的液态燃料堆。我们国家研发的熔盐堆，具体来说是“钍基熔盐堆”，就是用钍元素作为核燃料，用融化状态的盐作为热介质进行发电。
钍是一种带灰色光泽的放射性金属元素，质地柔软，化学性质较活泼，可以溶于氟化盐溶液中。钍基熔盐堆和常规铀反应堆不同，内部循环的不是水而是液态盐。这种盐既可被当作核燃料的承载体，又能被当作核裂变反应的冷却剂。在使用时，要将它溶解在氟盐冷却剂里生成氟化盐。熔盐堆使用熔融状态的氟化盐携带着核燃料，有点类似地壳里的岩浆在“炉子”中燃烧，不断输出巨大的能量。
钍基熔盐反应堆有很多优点，比如选址灵活、小型化、新型燃料钍资源丰富、安全性大大提高、能量转换效率更为优异等。由于它是用高温熔盐，氟化盐作冷却剂，所依赖的水资源比较少，不像铀反应堆那样只能在大江、大海、大河边上建造，它们也能在缺水的干旱地区甚至沙漠地区建造和运行。
这一反应堆适合建成紧凑、轻量化和低成本的小型模块化反应堆，也就是将它小型化，以后买电就成了与买煤气罐差不多的事。美国科学家正在开发用钍作为核燃料发电的汽车，如果研发成功只需要8克钍就可以让一辆悍马车开96万公里，中途不需再加燃料。
钍本身比铀的辐射量更低，比铀要安全100倍。钍基熔盐堆安全系数也很高。作为冷却剂的氟化盐没有高温烧毁的危险，即使发生事故也基本不会出现核泄漏以及污染环境的情况。
钍的使用率和能量转换效率都比铀更为优异，钍基反应堆所产生的放射性废料非常少，用钍作为核燃料可以避免核武器扩散的风险。
钍的资源蕴藏量很丰富，目前地壳中的探明量为铀的三四倍。我国目前已经在地层中发现30多万吨的钍资源，可供使用两万多年，因此可以说钍是铀的“超级替补”。
我国建设钍基反应堆只是一个开始，距离更安全、更清洁、最终也更便宜的钍反应堆为人类服务还有很长的路要走。我们相信，在不久的将来它一定会得到大规模的运用并推动能源革命。

参考资料：

第四代核能技术全球领跑 https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=12662961518354788275&item_id=12662961518354788275&study_style_id=feeds_default&related_id=3682308629425080160&related_type=0&ref_read_id=9c2db834-1ef3-4d34-a7e0-4389790a02a2&reco_id=10288a7c293cc0a88417000a&pid=&ptype=-1&source=share&share_to=copylink

来源: 科普文迅