釷基熔鹽堆核電站內部

中國今年會開始建設全球第一座釷基熔鹽堆核電站，它能克服當下核裂變反應堆面臨的一些難題，被稱作人類實現可控核聚變前的終極能源方案。

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核電站進化

你已經知道，核電就是利用原子核分裂損失質量產生的能量去發電。這個能量密度很大，一克核燃料，就能釋放約3噸煤燃燒產生的熱量。與其他清潔低碳能源相比，核能最主要的特征是高效和穩定。

1951年，人類第一次成功用核能發電，點亮了4個燈泡。從此以后，巨大的驚喜與恐懼接踵而至。驚喜的是，核能“勁大”還環保，是最有可能給人類帶來無限能量的清潔能源。

恐懼是因為核泄漏。蘇聯切爾諾貝利的核反應堆爆炸，讓幾百萬人受到核輻射影響。因偷工減料和人為處置失當，日本福島第一核電站禁不起海嘯摧殘，電站冷卻系統失效，堆芯熔毀，大量放射性物質泄漏，核污水至少還得30年才能排完。

包括這兩次核事故在內，歷史上一共有六次重大核事故，都給人類帶來大量傷害，人類不得不在戰戰兢兢中前行，持續升級核電站。

核能從開采到發電過程

第四代核電標準作為下一代核電站標準，在安全方面要求即使遇上地震、海嘯等不可抗力，也能自動停下核反應，不能讓核輻射泄漏出發電廠房。

目前四代堆型中鈉冷快堆、超高溫氣冷堆、鉛冷快堆、熔鹽堆、超臨界水冷堆和氣冷快堆這六種被認為有較好的發展前景。

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釷基熔鹽堆核電站

今年新開建的釷基熔鹽堆核電站熱功率為60兆瓦，這點功率還不如一個小型火電站，但別小瞧它。釷基熔鹽堆這條技術路線在第四代先進核能技術也是特殊的一個，因為這項技術足以滿足人類掌握可控核聚變技術前的能源消耗需求，它能有效克服當下裂變反應堆面臨的一些難題，是核電技術領域一次革命性的進步。

作為核燃料使用釷替代鈾有很多好處，首先釷元素在地殼中的儲量是鈾元素的4倍，在中國釷儲量更是鈾儲量的10倍，價格更便宜且開采更容易。

釷的燃料利用率及能源轉化率也比鈾高，一噸釷作為核燃料裂變產生的能量相當于200噸鈾或350萬噸煤。綜合算下來，釷替代煤、石油、天然氣等化石燃料夠我們用兩萬年，相對的地球的鈾資源按目前用法只夠用70年。

而且釷無法用作核武器原料，不會有核武擴散的風險，因此釷基核電站非常適合賣給世界上那些無法掌握核電技術的國家。

常言道核電就是花式燒開水，普通核電站需要大量水帶走反應堆產生的熱量，并推動蒸汽輪機發電，因此必須建在水邊，而熔鹽堆從根本上就能少用水甚至不用水。

熔鹽堆用高溫下呈液態的熔融鹽替代了水，在反應堆下面有個特殊的安全裝置，一旦出意外核心溫度超過了安全值，就能燒穿這個安全裝置，混合了釷燃料和冷卻鹽的熔融鹽就會一同流入下方的應急儲存罐，反應堆的鏈式反應也就停止了。接下來熔鹽會快速凝固，把核物質鎖定在罐子中，保證不會發生核泄漏事故。

釷基熔鹽堆運行示意圖

同時，熔融鹽里沒有水，也就不會產生水蒸氣，這樣反應堆建造就不需要用高壓容器。同時保證不會發生福島核電站那樣因水蒸氣分解產生氫氣引發爆炸的事故。

熔融鹽的溫度能達到680℃以上，更高的溫度帶動后方的蒸汽輪機或氦氣輪機發電的效率也就越高。

由于使用常壓容器，制造核電站的成本也會更低，還能做到高度集成化和小型化。現在的小型釷基熔鹽堆設計體積僅十幾、二十幾立方米，理論上未來能壓縮到一立方米以下，一個卡車或飛機就能拉著走，甚至還能裝進太空站或建到月球上。

在熔鹽核反應堆中，裂變材料被融在反應堆堆芯的液態鹽中。液態鹽還能代替水作為冷卻劑。反應堆堆芯中發生裂變并產生熱量，熱量通過冷卻劑鹽和換熱器傳遞給水，從而產生蒸汽。蒸汽再驅動渦輪機發電（也可使用氦氣輪機，完全不用水）。如果反應堆堆芯過熱，冷凍閥就會融化，使燃料和鹽的混合物流入緊急排放罐。

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中國熔鹽堆研發領跑全球

既然釷基熔鹽堆優點那么多，為啥其他國家沒搞呢？

美國早在1946年就開啟了核動力轟炸機的計劃，想用鈾基熔鹽替代固體燃料棒，把反應堆裝進轟炸機，以實現遠距離不間斷巡航。1954年，實驗熔鹽堆已能成功運行9天。

但是放射性熔鹽腐蝕性非常強，會導致管道破裂造成核泄漏，就連美國也都沒能研究出合適的耐高溫、耐腐蝕的材料，隨著戰略導彈技術的發展，1969年美國放棄了這個項目。

釷基熔鹽核電站綜合利用示意圖（固態堆及液態堆）

就在西方國家都紛紛表示放棄的時候，中國科學家卻決定迎難而上。中國在20世紀70年代開啟了釷基熔鹽堆的研究。經過幾十年研究，科學家終于研發出可以在近1000℃下承受釷鹽輻射的合金。

2023年，全球第一個2兆瓦釷基液態燃料熔鹽實驗堆在甘肅武威成功點燃，2024年實驗堆成功實現滿功率運行。

現在一座商用釷基熔鹽堆核電站在它旁邊開始建造，計劃在2029年投入使用。

今后我國不僅計劃在中西部地區建設多個熔鹽反應堆，還準備為將它出口到“一帶一路”沿線國家。

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編輯｜張毅

審核｜吳新

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