日本投降后的第二年,美国空军启动了一项名为ARE的秘密计划。它指的是航天器反应堆测试。
从名字上就能看出,那个时期的军事部门希望将强大的核能应用于飞机的动力系统,而美国人更是渴望研发出能够利用核动力的轰炸机。
这项研究采用的核燃料是钍。换句话说,这次是军方首次关注并计划使用钍。
随后,相关的计划延续了8年,橡树岭国家实验室终于在1954年研发出了一种能够为飞机提供动力的核反应堆,据称其功率达到了2.5兆瓦。
尽管科学家们拼尽全力开发的产品,军方后来却选择不再使用。由于20世纪50年代,基于德国的火箭技术,美国人渐渐掌握了洲际导弹的相关科技。
依靠普通燃料,可以使导弹的射程更长,作战思想也随之转变,核动力轰炸机的研发因此暂停。钍作为核燃料,这也是人类首次将其搁置一旁。
在接下来的十多年,各国要么专注于铀和钚作为基础的核武器研究,要么致力于更远程导弹的开发,完全没有重视钍。
直到20世纪60年代,核能在民用领域的各类研究才开始进行。1965年,美国的研究人员将以前构建的飞行器反应堆改造为8兆瓦的钍基熔盐反应堆,并随后进行了实验性运行。
相关的研究大约进行了五到六年,当科学家们准备将钍基熔盐反应堆推进到实用阶段时,美国政府却突然停止了资金的支持。
实际上,在20世纪70年代,美苏冷战正如火如荼,美国更倾向于将各种核能武器化。与铀和钚不同的是,钍难以制造出武器级别的核燃料。
在这样的情况下,美国政府并不希望在这一领域耗费资金。就这样,关于钍的应用在接下来的几十年里再也没有引起过任何关注。
值得注意的是,除了美国之外,我国在上世纪70年代也开展过类似的研究。
728工程转向
1970年2月8日,这一天标志着728工程的正式开始。以上海原子核科学研究院为核心单位的机构,最初的研究对象是基于钍的熔融盐反应堆。
根据当时的计划,需建设一座功率为25兆瓦的试验堆。由于多种原因,这项研究在两年后终止了。
自1972年起,所有研究均转向轻水反应堆。之后首个建设的秦山核电站一期的30万千瓦压水反应堆,就是在转向后的研究成果的基础上推进的。
换句话说,无论是在国内还是在国际,20世纪60年代和70年代的研究对钍的应用都没有进行深入探讨。这其中存在技术上的制约,同时也与当时的社会环境息息相关。
钍作为一种可以被利用的核燃料,此后近半个世纪的时间,一直没有被重视。直到进入21世纪,各国开始研究新型核电反应堆时,钍基熔盐反应堆这一久违的概念才再次引起了人们的关注。
关于钍基熔盐反应堆的规划
早在2011年,我国就已经重新启动了相关研究。熔盐反应堆重新受到青睐,钍作为核燃料也随之受到关注。
依据之前的安排,甘肃的武威将成为未来的实验和示范应用中心。打算在20年内,切实推动钍基熔盐反应堆的实际应用。
不仅仅是在国内,国际上在这方面也进行了研究。拥有核能应用技术的国家,包括美国、法国、俄罗斯、日本和韩国,皆已发布了相应的研究计划。
具体而言,钍作为核能燃料的主要成分是钍232,尽管它并不作为直接的核燃料,且不易发生裂变反应,但在吸收慢中子后,钍232最终会转变为铀233,而铀233则成为一种易于裂变的核燃料。
换句话说,未来核电站的进展将会逐步用钍替代长期以来使用的铀。关键因素在于钍基熔盐反应堆的安全性比较优越。
相对而言,安全性较高且核废料产生较少
自从人类开始大规模使用核能进行发电以来,各种核泄漏事件层出不穷。从切尔诺贝利到最近的福岛核电厂,一旦出现核泄漏事件,其后果将是持续不断的。
熔盐既能够作为燃料,也能作为冷却剂,当反应堆启动时,无需压力容器,这在成本和安全性方面都有明显优势。
反应堆自身无需燃料元件,因此不会出现堆芯融化的情况。熔盐在不同环境温度下能迅速固化,一系列的特性有助于减少核泄漏的风险。
从钍的视角来看,它的裂变能力相当有限,早在之前就未受到军方的重视,因此没有被用来制造核武器。这表示,未来采用钍作为核燃料能够减少核扩散的风险。
钍做核燃料产生的核废料,相比于现在广泛应用的铀235,产生的废料只有后者的千分之一。处理核废料的难题也显着减少。
根据现有的计划,预计到2030年左右,钍基熔盐反应堆的核电站将会开始投入运行。这种类型的核电厂将会得到更广泛的应用与发展,可能会逐渐替代传统的铀基燃料核电站。
我国的钍资源储存量充足,分布在20多个省份和自治区。例如,内蒙古的包头地区,目前已确认的矿藏量超过了全国总量的80%。
或许唯一让许多网民感到不悦的是,我国的资源储备虽然可观,但全球储量最高的国家竟然是印度。
无论如何,核能的应用与研究在安全性方面将逐渐与效率相协调。随着传统能源逐渐减少,围绕核能的各类研究,无论是技术还是方向,都会持续深入推进。
钍基熔盐核反应堆正是未来新领域探索与发展的起点。