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在沙漠发电,不需要水,世界首个钍核反应堆原型即将在我国建成

来源:  ·  时间:2021-07-27 09:24:40  ·  1044 浏览

传统的核电站都必须接近水源,核废水一旦泄露后患无穷,比如日本的福岛核电站。因为核电站在运行时会产生大量的热能,需要用大量的水来进行冷却。

来自上海应用物理研究所的严锐教授及研究团队公布了一个商用无水核反应堆的方案,这可能是全球第一个不需要用水冷却的核反应堆,这意味着我国在西北沙漠地区中也能实现发电。由液态钍提供动力的熔盐反应堆,安全性比传统反应堆更高 。

用液态钍而非铀提供燃料的无水核反应堆,不需要水就可以安全运行!它的冷却剂和燃料是熔融态的混合盐。这种无水核反应堆被称为熔盐反应堆(通常缩写为 MSR)。 上个世纪40年代,美国橡树岭国家实验室(ORNL)的第一任主任Alvin·Weinberg提出这个MSR概念。

原理是什么?该系统使用石墨作为慢化剂包裹熔融盐,激发链式反应产生热量,然后制造蒸汽为涡轮机提供动力,从而发电。核燃料与冷却剂是以液态混合为一体方式存在。

由于熔融盐可以在大气压下达到1000多度并保持液态,因此该系统可在低压下运行,能降低机械应力,提高安全性。

又因为只有当燃料被石墨包裹时,才能发生链式反应。所以当反应堆温度升高,液体膨胀到了一定程度后,燃料会因密度不足,难以维持链式反应,从而停止。并且当液体温度过高时,反应堆底部的一个特殊塞子就会熔化,让液体落入紧急倾倒罐。

即使燃料以某种方式从回路中泄漏出来,也会因无法维持高温而迅速冷却凝固,并捕获内部的放射性物质,而钍较低的放射性水平也意味着核扩散的风险较小。

更重要的是,典型的熔盐反应堆每产生 1 吉瓦电力仅需要约 1,000 公斤盐燃料。而一个传统的固体燃料核反应堆,则需要大约 250 吨浓缩铀才能获得相同的能量,并且大部分废物必须储存超过 10 万年才能安全释放回地球环境。相反,熔盐反应堆产生的放射性废物,仅需储存 300 年就可安全释放。

除此之外,理论上熔盐反应堆还可以利用来自其他核反应堆的废物作为燃料来源。正常反应堆一年产生的废物可以让熔盐反应堆使用约 250 年。这使得它们恰好成为传统核电更安全的新型替代装置。但因技术问题,美国始终未能建成熔盐反应堆核电站。

我国发展熔盐反应堆的原因还在于,它的核燃料是液态钍。中国的钍储量位居世界前列,根据预测,钍储量可以满足我国2万年的能源需求。目前,世界上大部分核电站都依赖铀,而我国铀储量几乎是所有发展核电的国家中最低的,这对我国的能源安全相当不利。

2011年,中国批准在甘肃省沙漠城市武威建造熔盐反应堆核电站。
全国各地的科学家,为了攻克这项技术而不懈努力,终于研发出一种可以在近1000摄氏度下承受钍盐辐射的合金。并且已经解决美日研发这种电站遇到的所有技术难题,进入实践推广阶段。

根据计划,位于西部的核反应堆将与风能和太阳能发电厂相结合,为东部城市提供清洁能源。目前该项目TMSR 的建设工作稳步进行。我国钍熔盐反应堆将与风能和太阳能发电厂等可再生能源合作,生产清洁、稳定的能源。并且,该技术还可以为航母和潜艇等提供新的能源。这种核电站的原料钍资源在我国分布较为丰富。

预计在2030年能完成第一个商业反应堆。我国不仅计划在中西部地区建设多个反应堆,还准备输出这项技术,考虑为签署了“一带一路”倡议的国家建造熔盐反应堆。由于钍无法用来制造核武器,所以它比铀更加没有后顾之忧。

事实上,中国核电早已经走向出国门。此前,我国第三代核电技术反应堆“华龙一号”,就引起了全世界的关注。中国核电技术不仅领跑世界,还收到了英国、巴基斯坦等多个国家的合作请求。

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