钍基熔盐堆 防止核扩散以及提高核电安全性

小鹰博客 2021-11-19 17:22:24 金融理财 次阅读 查看评论

钍基熔盐堆

世界首个钍核反应堆在甘肃运行,为1000住户提供电能

该核反应堆虽然功率只有2兆瓦,但是能为约1000住户提供电能。

若此次测试结果令人满意,中国将在2030年前建造一个为10万居民提供电力的373兆瓦的同类反应堆。

核燃料主要使用的是铀和钚元素,但是我国甘肃省武威市某新型核电装置正要试验以钍元素为燃料的发电方式,如果试验成功,将代表着我国首先掌握了第四代核能技术。

这座新型核电装置正是世界上第一座商业化运营的钍基熔盐堆,具有划时代的技术创新意义,这说明了我国是第一个尝试将这项技术实现商业化的国家,同时也将成为该项技术的出口国。该反应堆于2018年9月30日开工建造,2021年5月基本完工,8月份完成了机电安装,目前的安排是将于 9 月底启动试运行,由于主要还是实验性质,该反应堆功率不大,可为1000户普通家庭提供电能,如果运行过程表现良好,那么我国将打造至少可为10万户家庭提供电力的更大规模的钍基熔岩堆,将代表着第四代核电技术在我国进入市场化开发运用的阶段。

为了可持续发展、防止核扩散以及提高安全性和经济性,中国研究者便使用了钍(Th)代替铀(U)作为核反应堆的燃料。

一是自然界中的钍储量要比铀多得多,主要分在巴西、土耳其,加拿大和美国;

二是钍是更清洁的解决方案,因为燃烧时不会产生剧毒化学物资;

三是钍核反应堆可以建在偏远的沙漠地区,而铀核反应堆不行,因为它需要大量的水进行冷却。

专业人员表示,钍核燃料反应堆的内部循环因是钍基熔融盐,而能作为冷却剂,从反应堆堆芯中输出热量,故使整体体系的工作压力比常规的核反应堆更低,安全性更高。此外,钍核反应堆能生产出相对廉价的核能,而且产生寿命极长的放射性废料也比传统反应堆的少。

第一,钍基熔岩堆安全系数高。

钍基反应堆发电技术是比以往的核电技术反应堆安全得多的核能发电技术,它基本不会出现高温烧毁的情况,因为当反应堆内温度超过预定值时,其底部的冷冻塞就会自动熔化,携带核燃料的熔盐将全部流入应急储存罐中,核反应也就随即终止了,之后反应堆就会迅速降温了。而作为冷却剂的复合型氟化盐在冷却后凝固,基本不会泄露和污染环境。正常情况下钍基反应堆产生的核废料也很少,不到铀和钚核反应堆的1‰呢,而且其危害可从几万年降低的几百年。所以钍基反应堆被看作是未来核能发电领域最安全的反应堆技术之一。

第二,热转换效率更高。

钍基熔岩堆的堆芯燃料是溶解于氟盐中的钍铀混合物,氟盐的熔点为550℃,沸点是1400℃,其工作环境可以实现常压高温(700℃),液态燃料流入改进后的堆芯后达到临界值发生裂变反应产生热能,热量被自身吸收并带走,流出堆芯后重返次临界状态,这样可以做到循环使用,运行时氟盐热容可获得比先前的核电技术更高效率的热能,这代表着热电转换效率更高,其采用布雷顿热循环,热点转换效率可达到45%-50%,高于目前主流反应堆朗肯循环(33%),可是利用热量更大。

第三,节省水资源,环境兼容性大。

上面讲了钍基反应堆的冷却剂是复合型氟化盐,不像铀和钚反应堆那样需要消耗大量的水资源,所以环境兼容性较大,在缺水的地方也可以建造和运行。

第四,钍矿资源远比铀和钚更丰富。

地球地层中钍的储量较高,远高于铀和钚等元素,如萤石矿中就含有钍,矿产来源要容易得多,我国目前已探明的钍蕴藏量在30万吨以上,诺贝尔物理学奖获得者,卡罗·卢比亚曾经说过,如果用它来发电,按照目前的电能消耗来算,中国钍的储量能够保证未来许多个世纪的发电供应,大致可以使用两万年。

上述四大颠覆性优势也说明钍基熔盐堆具有突出的安全性和可开发性,它也正是目前国际先进核能的研发热点,我国在这方面的研究“处于国际引领地位”,甘肃武威钍基反应堆此次试验意义重大,若能成功运行将代表着我国在这项技术上率先取得突破,今后我们或无需在核能发电原料上依赖他国供应,摆脱能源需求对外依赖的日子越来越近了。

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