釷基熔鹽堆試運行，內(nèi)陸建核電站在望？

前言

不久前，甘肅武威釷基熔鹽堆進(jìn)行了試運行。釷基熔鹽堆成功擺脫了之前鈾和钚元素為燃料的核能發(fā)電模式，改用以放射性極低的釷元素為核燃料，在核能發(fā)電領(lǐng)域具有劃時代意義。相對于項目奠基時“道士做法保平安”的鬧劇，之后的建設(shè)和裝機(jī)，以及本次順利試運行均體現(xiàn)出我國在核電領(lǐng)域深厚的技術(shù)實力。一旦釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)技術(shù)成熟投入使用，對于我國核電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和能源安全都有積極作用。

01、釷基熔鹽堆優(yōu)點多中國釷儲量豐富

第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）共推薦了6種先進(jìn)核能系統(tǒng)：鈉冷快堆（SFR）、超高溫氣冷堆（VHTR）、超臨界水堆（SCWR）、氣冷快堆（GFR）、鉛冷快堆（LFR）和熔鹽堆（MSR），作為四代核電的候選堆型。

釷基熔鹽堆是6種第四代反應(yīng)堆之一，在固有安全性、經(jīng)濟(jì)性、核資源可持續(xù)發(fā)展等方面具有優(yōu)勢。熔鹽堆的起源源于軍事需要，半個多世紀(jì)前，美國空軍啟動Aircraft Nuclear Propulsion，為轟炸機(jī)尋求航空核動力，美國橡樹嶺國家實驗室承擔(dān)了Aircraft Nuclear Propulsion中核能引擎反應(yīng)堆的研發(fā)任務(wù)，于1954年建成第1個用于軍用空間核動力研究的2.5MW熔鹽堆。

在上世紀(jì)60年代，美國橡樹嶺國家實驗室成功運行了8MW熔鹽實驗堆3000小時，證明了熔鹽堆的可行性。不過，由于戰(zhàn)略導(dǎo)彈的異軍突起，使核動力轟炸機(jī)變?yōu)殡u肋，熔鹽堆也隨之轉(zhuǎn)向民用。然而，冷戰(zhàn)時期美國政府更加青睞適合生產(chǎn)武器用钚、具有軍民兩用前景的鈉冷快堆，放棄了更適合釷鈾燃料循環(huán)、側(cè)重于民用的熔鹽堆。

在上世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)也開始研究熔鹽堆。不過，受切爾諾貝利核事故與蘇聯(lián)解體的影響，相關(guān)研究近乎停滯。在70年代，清華大學(xué)也曾經(jīng)研究過熔鹽堆，不過受資金限制，主要側(cè)重于前期技術(shù)預(yù)研，并未建設(shè)實驗堆。1971年，上海“728工程”建成了零功率冷態(tài)熔鹽堆并達(dá)到臨界，但限于當(dāng)時的科技、工業(yè)和經(jīng)濟(jì)水平，后轉(zhuǎn)為建設(shè)輕水反應(yīng)堆。

雖然中美蘇都曾經(jīng)放棄熔鹽堆，但這并非熔鹽堆本身存在致命技術(shù)缺陷，更多的只是時運不濟(jì)，熔鹽堆技術(shù)是非常先進(jìn)的，潛力也是非常巨大的。首先，熔鹽堆具有較高的安全性。液體熔鹽堆采用高溫熔鹽作核燃料，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。同時，熔鹽兼作載熱劑，不需專門制作燃料組件，因而杜絕了堆芯融化事故發(fā)生的可能。加上熔鹽的低蒸氣壓減少了破口事故的發(fā)生，即便發(fā)生破口事故，熔鹽在環(huán)境溫度下也會迅速凝固，能夠防止事故進(jìn)一步擴(kuò)展。

其次，熔鹽堆可有效利用核資源和防止核擴(kuò)散。由于釷基熔鹽堆所使用的釷很難用于核武器制造，因而推廣釷基熔鹽堆能大幅降低核擴(kuò)散的風(fēng)險。因此，一些科學(xué)家支持將釷作為燃料，因為與鈾相比，釷的廢料被武器化的可能性更小。

再次，釷基熔鹽堆的熱功率密度和發(fā)電效率高。釷基熔鹽堆的堆芯結(jié)構(gòu)較為簡單，因而可以設(shè)計成具有較高功率輸出的小型反應(yīng)堆。釷基熔鹽堆發(fā)電效率高達(dá)45%—50%，麻省理工學(xué)院的核工程師CharlesForsberg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。

最后，釷的儲量非常豐富。地球地層中釷的儲量較高，如螢石礦中就含有釷，儲量遠(yuǎn)高于鈾和钚等元素。釷礦來源豐富，世界各國已探明儲量達(dá)幾百萬噸，我國20多個省和地區(qū)都已發(fā)現(xiàn)具有相當(dāng)數(shù)量的釷資源，探明儲量位居世界前三，2005年中國科學(xué)院的資料顯示，僅內(nèi)蒙古白云鄂博礦區(qū)釷儲量約為22萬噸。

諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，卡羅·盧比亞曾表示，如果用它（釷）來發(fā)電，按照目前的電能消耗來算，中國釷的儲量能夠保證未來許多個世紀(jì)的發(fā)電供應(yīng)，大致可以使用兩萬年。必須指出的是，中國的鈾礦儲備雖然并不出眾，但在釷的儲量非常豐富，一旦釷基熔鹽堆大規(guī)模投入商業(yè)運營，中國基本不必為核燃料來源擔(dān)憂。

正是因為釷基熔鹽堆有上述優(yōu)點，以及中國釷儲量豐富，早些年，中國科學(xué)院啟動了“未來先進(jìn)核裂變能”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)作為其兩大部署內(nèi)容之一，計劃用20年左右的時間，致力于研發(fā)第四代先進(jìn)裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)，實現(xiàn)核燃料多元化、防止核擴(kuò)散和核廢料最小化等戰(zhàn)略目標(biāo)。本次甘肅的釷基熔鹽堆試運行，則是我國在釷基熔鹽堆方面取得的階段性成果。

02、不必對核電站修建在內(nèi)陸畏之如虎

受切爾諾貝利核事故和福島核事故的影響，核電的安全性一直備受爭議，不少人甚至“談核色變”，對于在我國腹地修建核電站的爭議始終未平息。根據(jù)官媒報道，我國計劃在甘肅省建立兩座釷基熔鹽堆核電站，本次武威的核電站只是其中一座。此前，江西彭澤核電站、湖北咸寧核電站、湖南桃花江核電站在等待批復(fù)時就遭到非議，認(rèn)為內(nèi)陸不適合建核電站。

其實，核電站修在內(nèi)陸還是海邊對安全性影響不大。過去，中國過去主要將核電站修建在海邊，并非純粹因為技術(shù)原因，而是綜合經(jīng)濟(jì)等因素考慮的結(jié)果。經(jīng)濟(jì)方面，由于中國東南沿海地區(qū)人口稠密，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，對電力的需求相對較高。如果將核電站建設(shè)在中西部地區(qū)，遠(yuǎn)程輸電將會造成較大的電能損耗，非常不經(jīng)濟(jì)，畢竟當(dāng)時沒有特高壓輸電技術(shù)，西電東輸缺乏技術(shù)基礎(chǔ)。誠然，很多核電站確實選址在海邊、河口、湖畔，確實有利于核電站取水，但這并非決定性因素。事實上，在內(nèi)陸建設(shè)核電站完全可以使用冷卻塔，冷卻塔和全國內(nèi)陸的火力發(fā)電站基本沒有太大區(qū)別，這是在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是比較成熟的方案。

從全球來看，全世界一共有400多臺正在運行的核電機(jī)組，其中，內(nèi)陸核電站核電機(jī)組數(shù)量超過200臺，占到大約一半左右。美國的內(nèi)陸核占美國核電機(jī)組總總量比例超過60%；加拿大的內(nèi)陸核電機(jī)組比例超過80%。必須指出的是，如果不統(tǒng)計中國修建的核電站的話，全球修建在內(nèi)陸的核電站的比例還會更高。根據(jù)美國的法律法規(guī)，在核電站安全審查上，從不區(qū)分沿海核電站和內(nèi)陸核電站。

即便從事故后災(zāi)害影響的角度看，沿海核電站和內(nèi)陸核電站也沒啥區(qū)別。國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）在2015年發(fā)布了關(guān)于福島核電站一千兩百多頁的事故報告書，報告指出，在熔堆過程中，高揮發(fā)性核素如Cs-137、I-131、Xe-133、Te-132占總活度的99.9%以上。IAEA報告中還指出福島核事故大氣泄漏的Cs-137總活度與切爾諾貝利事故釋放的Cs-137總活度在一個數(shù)量級上。而且這些放射性物質(zhì)會隨著氣流和降雨擴(kuò)散到周邊地區(qū)以及全球。

因此，沿海修建核電站會更安全，或發(fā)生事故后對環(huán)境影響小的觀點是站不住腳的。

過去中國主要在沿海建造核電站，大多是基于經(jīng)濟(jì)和社會因素考慮。在內(nèi)陸建核電站并不意味著不安全。網(wǎng)絡(luò)上有杠精表示，內(nèi)陸建核電站必須北京先建，但現(xiàn)實是北京還真就建了核電站，中國的實驗快堆就建在北京房山——這種實驗性質(zhì)的第四代反應(yīng)堆在安全性和技術(shù)成熟度上不如現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化運營的反應(yīng)堆。

隨著中國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展和人民生活水平的不斷提升，中西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平與東南沿海地區(qū)的差距也會越來越小，屆時，像湖南、湖北、江西、甘肅等內(nèi)陸省份也會面臨缺電的難題，在火力發(fā)電環(huán)境污染較大，且遭遇今年煤價暴漲全國限電的情況下，綠色環(huán)保的核能必然成為最佳選擇。何況釷基熔鹽堆內(nèi)部循環(huán)的是熔融鹽，而不是冷卻水，非常適合水資源相對匱乏的西北地區(qū)。

總而言之，對于在中國在內(nèi)陸省份建設(shè)核電站，大眾應(yīng)當(dāng)理性、客觀的去評判。

結(jié)語

行業(yè)人士告知，熔鹽堆雖然具有諸多優(yōu)點，但技術(shù)難度很高，是優(yōu)點和挑戰(zhàn)幾乎同樣巨大的一種堆型。在此，鐵流祝福甘肅的兩座熔鹽堆核電站早日突破技術(shù)難關(guān)，投入商業(yè)使用。