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够中国用2万年！中国突破“无限能源”， 将开建全球首座钍熔盐堆！

2024-11-07 12:52   广东  
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全面商用！中国启用钍核反应堆，是否要应用到核动力航母上，我国的下艘航母，会是核动力吗？核能是人类利用核反应释放出的能量来发电或驱动设备的一种技术。核能有许多优点，如高效、清洁、可持续等，但也有一些缺点，如核废料处理、核安全、核扩散等。为了克服这些缺点，科学家们一直在研究新型的核能技术，其中之一就是钍基熔盐堆。


01
中国钍基反应堆即将运行
能源危机的根本解决办法是什么？当石油资源耗尽的那一天，人类能依靠什么资源继续生存？核能可能是一个可行的答案。然而，除了核聚变之外，如何确保核能反应的安全性、经济性和高效性？这个问题可能最终由中国来给出答案。
中国首次给出答案，全球首个钍燃料核反应堆2023年6月，中国科学院上海应用物理研究所获得国家核安全局颁发的核反应堆运行许可证，
该许可证显示甘肃武威的钍基熔盐反应堆已经开始试运行，

许可证有效期为十年。
这个看似简单的许可证实际上包含了可能改变我国乃至全球未来一百年能源格局的重大意义。
钍是一种比铀更丰富的放射性元素，自然存在于稀土矿中，是中国稀土开采业的副产品。钍可以通过中子轰击转变为裂变材料铀-233，从而释放出热量。中国是第一个尝试将钍基熔盐堆技术商业化的国家，也是继美国之后第二个运行这种反应堆的国家。钍基熔盐堆是一种第四代先进核能系统，它使用钍作为燃料，熔盐作为冷却剂和载体，在高温下进行核裂变反应。
2000年，美国组织了核能盛会，并邀请了法国、英国、日本、韩国等八大核电强国。他们达成共识，并且逐步探讨出未来核能发展的六大技术方向，被称为：第四代核能技术。
但是让他们绝对没想到的是，

这些未来核电技术将由另外一个国家引领，
它就是来自东方的大国：中国。
2021年9月，中国甘肃武威宣布钍基熔盐核反应堆正式进行试运行，这是全球首个商业运行的第四代熔盐堆核电技术，震惊核能界。而钍基熔盐反应堆也配的上这个称号，它被科学家称作：人类实现核聚变前的终极能源方案。当中国宣布攻克了这些技术难关时，全球核能界立马开始了激烈的讨论，而且大部分科学家对中国获得的成果，有着非常正面的肯定。世界上历史最悠久的科学期刊《自然新闻》对武威钍核反应堆进行跟踪报道，它引用某专家的话说：中国是第一个尝试商业化的国家。
钍基反应堆技术的确是源于美国。在二战期间，美国启动了曼哈顿计划负责研究核武器，其中位于田纳西州的橡树岭国家实验室负责浓缩铀的分类和提取，因此闻名世界。但是很少有人知道橡树岭实验室还负责另外一个秘密项目：核动力飞机研究。
当时美国空军试图建造一架拥有超长续航的轰炸机，它可以携带核武器进行远程核威胁，能满足这架飞机需求的就是核动力飞机。因此美空军制定了一个叫：ARE（飞行器反应堆实验）的项目。而橡树岭实验室就是专门负责这项研究的机构，他们采用的技术路线就是熔盐反应堆，而此次中国钍基熔盐反应堆就是其中的一种。1946年，曼哈顿计划中止，但是美国空军依旧保留了ARE项目。
1954年时，世界上第一座熔盐核电站诞生。当时的核燃料依旧是浓缩的U-235，而且属于第一代早期原型堆，所以它的缺点还是很明显的，一个是发电功率并不大，一个是成本却非常高，需要继续进行验证。然而刚刚验证3年左右，ARE项目就遇到了重大转折。1957年，苏联成功试射洲际弹道弹道，它的射程更远，速度更快，可以搭载核武器进行远程威胁，核动力轰炸机的“超远核威胁”一下子变得异常尴尬。
而且钍性能较好，同样一吨材料，钍燃料经过闭环使用，能提供的能源相当于200吨的铀。因此钍原料被认为是“未来燃料之一”。所以从经济上来看，钍基熔盐堆的前景比传统的铀核反应堆要更好。这也是橡树岭实验室团队成员测试多种材料之后，最终选择钍基熔盐堆的原因。1965年，世界上首个民用熔盐反应堆成功诞生，橡树岭实验室选择的就是以钍燃料作为熔盐堆的核燃料。
1970年，中国启动“728工程”就是以钍基熔盐堆为研发对象。次年，橡树岭实验室再次实现突破，他们又完成了 1GW钍基熔盐增殖堆的设计。如果能按设计建成，那么钍核反应堆有可能率先完成民用开发，就没有现在中国啥事了。然而橡树岭实验室的设计还没正式验证，美国原子能委员会突然削减了投资，将重心转向了以铀为原材料的核反应堆。美国原委会这么做不是没有理由的。
性能更强、安全性更高、经济效应也更高的钍基熔盐堆就这样被打入了冷宫。1976年，熔盐堆计划正式被叫停。同样叫停熔盐堆研发的还有苏联，当时他们也有这项研究，但是由于切尔诺贝利核事故，苏联当时的核电站研发几乎都处于停滞状态。
没有了美苏带头，其他国家自然也不会热衷这项技术，也跟着暂停了这项研究，这一停就是四十年。在这四十年中，人类用事实证明当初的选择并不是正确的，以铀为原材料的核电站更新迭代了三次，但是它的安全性一直是个重大的问题。
1999年，美国能源部核能办公室首次提出建立第四代核电站的倡议，呼吁各国关注核能安全问题。如果是为了救赎，那么美国这次做的不错。然后就有了开头，美国与日法英加等9国举行了高级政府代表论坛GIF，专门讨论第四代核电技术发展。2001年，9个国家正式签署了《GID宪章》，并且成立了专门的组织。以美国为代表的全球100多位专家评估了130个核反应器，希望从中筛选出在稳定性、经济、安全、可靠、扩散抑制、物理保护等方面的核反应堆，尤其是安全性，更是重中之重。
反应堆内有水蒸气产生，它也会在反应堆内部产生非常高的气压，对于核反应堆也是非常大的考验，轻则管道破损水蒸气外泄，重则带着核燃料一起暴露。也就是说，核燃料和水蒸气是核电站的潜在风险。
而熔盐堆则没有这个顾虑，它的结构和传统核电站差不多。不过熔盐堆的核燃料和冷却剂都是业态的熔盐，所以就不存在融化和水蒸气带来的高压风险，而且就算有极端情况的事情发生，那么由于燃料熔盐是液态，它可以直接通过应急系统流到反应堆下方的应急储存罐里，而不用担心发生气体泄露。因此它的安全性比传统核电站高的多。
根据核能学家的普遍预计，这些类型的反应堆将在未来20年内横空出世，并在2030年就可以完成商业化运行，然后逐渐取代前三代技术。因此有能力建核电站的国家，都想抢占先机，他们根据自己的情况重新布局钍基熔盐堆和各项技术，但是想要重启这项技术难度也非常大。
首先，有些国家无法全身心投入，一个是在这六种技术中，每个国家的能力和擅长的方向都不一样，在没有确认可行的方向前，有些国家都是抱着备胎的心态研究钍基熔盐堆。其次，核电发展到现在已经经历了数次迭代，各个国家对于核电功率和成本的要求和上世纪完全不同，所以美国以前的概念设计无法满足现在的需求。
面对这种困难，有些国家干脆就直接放弃了这项技术，不过也有两个国家非常特殊，一个是一个是中国，还有一个是印度。
先说下印度。它是为数不多选对方向的国家。1954年时，印度著名的核物理专家霍米·巴巴根据本国的情况，提出了沿用至今的“三阶段核能计划”。大概意思就是印度的钍资源比铀更多，而且钍更加容易提取，所以印度应该发展以钍为核燃料的反应堆。
2015年，中国宣布将建设世界首个10MW的钍基熔盐堆时，引起了世界的关注，而印度有些核能专家非常不服气。印度核能专家斯里尼瓦桑公开称“印度在第四代钍基核反应堆研究上是世界第一，没有人比我们更领先”。斯里尼瓦桑不仅仅是印度核能界的权威，更是原子能委员会（AEC）的前主席，属于官方人物，由他直接出面宣誓，也标志着印度对于钍基核反应堆的信心。
后来印度又宣布将2025年印度会实现全球第一个商用钍反应堆，这个规划比中国早了很多。事实上，他们也的确有这样的底气，因为从未放弃对钍燃料的研究，印度至今已经建设了66座钍燃料反应堆，有着非常丰厚的技术底子。国内有些网友误认为这些钍燃料反应堆就是钍基熔盐堆，其实它们在各个标准上还达不到国际对第四代核电站的定义，充其量只能达到第三代，有些甚至只有第一代轻水堆。但这并么有妨碍他们对钍基熔盐堆的自信。然而印度的这些宣言在2021年被中国打破了。
728工程初期就是以熔盐堆作为技术突破路线。次年，“728 工程”建成了零功率冷态熔盐堆并达到临界状态，可惜当时中国核工业还未起步，很多技术问题无法解决，只能被迫停止这项研究，“728 工程”转为建设技术难度更低的轻水反应堆，它也成为后来著名的秦山核电站。
但是对于熔盐反应堆，我们也并未完全放弃。2006年，中国加入了GIF组织，对于第四代核电技术的六大方向非常重视，因此在每个路线上先后都安排了发展计划。由于中国的钍资源也很丰富，可供我们使用上千年，而且不用水的熔盐堆选址还特别灵活，可以在中国内陆大量兴建。
在技术上，两者是层层递进的关系，要掌握液态堆技术就必须先掌握固态堆的技术。所以中国在战略上制定了两种同步发展的计划，两者分为三个阶段：分别先建成2MW试验堆，然后是10MW试验堆，最后是可以大规模推广的100MW试验堆。而在战术上，TMS团队制定了错开建设的策略，在建设10MW固态熔盐堆的时候，同步建设2MW的液态熔盐堆，当固态熔盐堆扩大到100WM时，液态熔盐堆同步到10MW，最后在再全力攻克100MW液态熔盐堆技术难题，争取在20年内率先实现商用。等这些技术都攻克后，我们还将朝着1000MW的示范堆布局。
这样做有一个很大的好处，可以一边积累技术和人才的同时，一边推进整体战略，不会因为培养人才而导致整体战略拖沓。为了培养人才，中国团队还与国外进行了深度合作，比如美国。当时，美国正在研究熔盐堆技术，而且对固态熔盐堆非常看好，因此双方很快达成合作，通过这样的方式，中国在3年内就积累了350名全职的研究人才，5年内团队成员扩大到500人以上，时至今日团队已经有上千人了。
2018年，中国积累了150多项专利技术，并且在当年正式开工建设钍基熔盐堆核能系统，当年文汇报用：中国正在引领全球第四代核反应堆研发来形容这项技术。
2021年5月时，TMSR的主体工程就已经建设完成，当年9月正式启动试运行。中国以一种近乎完美的方式宣告未来核能将由中国来引导，也一步一个脚印将美国和印度两大熔盐堆强国甩在身后。当然按照计划，目前的熔盐堆项目还是处于试验阶段，离最终的目标还有段距离，只有全部通过验证真正开始推广时，那才能叫真正的胜利。如果能解决，我们不仅摆脱了缺铀的威胁，还能根据需要将核电站建到内陆去，避免扎堆风险。我相信，以中国对技术的严谨，中国钍基熔盐堆商业推广一定不会太远。
中国是首个尝试将钍基熔盐堆技术商业化的国家。2021年9月，位于甘肃武威的实验性钍反应堆启动试运行，这是全球首台第四代核反应堆。该反应堆设计功率为2兆瓦，主要用于验证钍基熔盐堆的基本原理和关键技术。如果成功，中国计划在2030年前建造一个373兆瓦的反应堆，可为数十万户家庭供电。
钍基熔盐堆技术不仅可以用于发电领域，还可以用于驱动设备，如航空母舰。航空母舰是一个国家海军实力的象征。目前全世界共有12艘现役核动力航母，其中美国海军拥有10艘“尼米兹”级和1艘“福特”级核动力航母，法国海军拥有一艘“戴高乐”号核动力航母。
而中国海军目前拥有两艘常规动力航母——001型“辽宁”号和002型“山东”号——以及正在建造中的1艘电磁弹射式航母和可能正在建造的核动力航母——003型和004型。其中，004型航母有望采用核动力系统 ，以提高航母的续航能力和战斗力。
004号航母将会搭载与003型相同，但数量更多的歼-15T，以及以FC-31为基础的新一代战斗机，还有空警-600空中预警机、反潜直升机和隐身无人机等12 。004号航母的排水量能达到10万吨，或将采用核动力系统，还有电磁弹射，再加上隐身战机歼35、空警2000、反潜机高新六号、电子战飞机歼15D、中型运输机（甚至还可以改装成空中加油机）上舰，中国的航母004将会是世界一流水平的航母。
那么，中国是否要将钍基熔盐堆技术应用到核动力航母上呢？这个问题没有一个确定的答案，因为涉及到多方面的因素，我来为大家一一列举：钍基熔盐堆技术虽然有许多优点，但该技术依旧不乏挑战，如熔盐的腐蚀性、铀-233的扩散风险、中子源的选择等 。要将这种技术应用到航母上，还需要解决一些特殊的问题，如反应堆的小型化、防护措施、船体结构等。这些问题都需要大量的研发和试验，不是一朝一夕就能完成的。
核动力航母的建造和运行成本都比常规动力航母高出很多。据估计，美国海军的“福特”级核动力航母每艘的造价高达130亿美元，而中国海军的002型常规动力航母每艘的造价约为40亿美元。此外，核动力航母还需要专门的维护和保障设施，如核燃料处理站、核废料处理站等。这些设施不仅需要投入大量资金，还需要占用宝贵的海岸线资源。
核动力航母最大的优势是具有长时间、远距离、高速度的作战能力，可以在全球范围内执行任务。但是，这种能力是否符合中国海军的战略需求呢？目前，中国海军的主要任务是维护国家海洋权益和领土主权，以及参与国际和平与合作行动。这些任务主要集中在近海和周边海域，不需要太过依赖核动力航母。而且，中国海军还有其他方式来提高远洋作战能力，如建设海外基地、发展远程打击武器等。
综上所述，在目前阶段，中国可能不会急于将钍基熔盐堆技术应用到核动力航母上，而是会先在陆地上进行更多的试验和验证，以积累经验和数据，
并在未来根据形势变化做出合理的决策。

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