走近第四代核能技术“钍”基熔岩堆

全球首个钍核反应堆 将在甘肃武威试运行。根据武威市政府官网此前发布的一则消息，钍基熔盐堆核能系统项目 主体工程于2021年5月已基本完工，9月启动调试。

如果试验成功，意味着我国将会成为全球第一个掌握了第四代核能技术的国家，将成为新能源领域的领先者。

01 核能的发展及反应原理

世界采矿大会的数据显示，目前世界已探明煤炭储量可供世界各国开采112年。其中，美国可开采240年，俄罗斯则将近470年，而中国只有33年。

2015年- 2019年清洁能源消费在能源消费中的比重

自2015年以来，我国天然气、水电、核电、风电清洁能源的消费占比以稳健态势上升,从18%已增长到23 .4%,这种趋势表明，我国的能源结构正在不断地优化。核能是历史上的重要发现，也是我国开启能源革命必不可少的发力者之一。

1954年，前苏联建成了世界上第一座原子能发电站，它利用浓缩铀作燃料，采用石墨水冷堆，能将电输出功率控制在5000千瓦。自那时开始，"核能发电” 不再只是理论中的知识，而成了应用领域中的现实。

传统的核反应堆一般是以核裂变的方式，从字面上来解释，核裂变就是原子核分裂时释放出巨大能量的过程，具体的反应原理是：铀、钍等放射性的重元素原子核，自身裂解成其他轻元素的原子核，同时释放出巨大的能量。

以铀元素发生的核裂变反应为例：235U+1n→137Ba+97Kr+2n。其中元素前面的数字不是“化学计量数”，而是质量数，U为铀、Ba为钡、Kr为氪、n为中子。原子弹爆炸的反应就是用1个中子轰击1个铀原子核发生裂变，同时释放出的2个中子再继续轰击其他的铀原子核，形成链式反应，爆发出惊人的破坏力。

而核聚变就是原子核合并在一起时释放出巨大能量的过程，原理是：氢元素这种轻元素的原子核，相互结合成为原子质量更大的较重的原子核，同时释放出中子，产生巨大的能量。 虽然都是原子能，但是核聚变产生的能量要大得多。

相比核裂变还会产生放射性的核废料，核聚变是非常清洁的核反应，几乎不会对环境产生任何的污染。如果人类能够实现可控核聚变，那么就可以不必依赖化石能源。

02 钍基熔盐堆核能系统(TMSR)

随着铀元素开始进入大众视野，大家都默认铀元素就是核燃料，但其实世界上还有另一种没有被使用的核燃料，它甚至比铀元素还要安全100倍 ，这种元素就是钍。

钍反应堆号称核聚变前的终极能源解决方案。虽然还有局部风险，但已经在很可控的范围之内了。 国际知名物理学家叶恭平博士提供了一个数据，他说目前全世界430多座核反应堆只提供了人类2.6%的能源。如果钍反应堆能大规模推广，这个数据将提升到40%-50%的水平。

钍反应堆的概念，上世纪60年代开始，美国、前苏联、日本和法国等都先后投入研发，但是由于材料问题都失败了。科学家们解决不了管道被放射性熔盐腐蚀的问题，加上铀反应堆天然的武器属性，导致钍反应堆多年来少有进展。

目前，国际上公认有六种第四代裂变核反应堆型：超高温堆、超临界水堆、气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆和熔盐堆。

钍基熔盐堆核能系统亮点：

1、钍资源丰富： 熔盐堆以钍元素为燃料，传统核电使用的铀和钚等元素非常稀缺，但钍元素十分丰富，仅我国储量就能保证2万年发电供应

2、性能好： 在理论上,一吨钍可以提供相当于200吨铀,或者350万吨煤所提供的能源。中国钍的储备量位居世界第二。美国科学家正在开发用钍作为核燃料发电的汽车，如果研发成功的话，只需要八克钍就可以让一辆悍马车开96万公里，中途不需要再加燃料。

3、安全： 钍比铀元素的辐射量更低，在自然界中的占比还比铀要高很多，而且钍的同位素使用率和能量转换效率都比铀更为优异。作为冷却剂的复合型氟化盐在冷却之后变成固态盐，基本不会泄露和污染环境。

4、选址灵活：  冷却剂氟化盐它不像铀和钚反应堆去消耗大量的水资源，在缺水的地方，也可以建造和运行。

目前我国核能事业蓬勃发展，无论是规模还是技术，都已进入世界先进行列。然而，我国核能发展依然存在一些问题，如核能建成和运营成本较高，限制核能发展以及核废料处理价格昂贵，难度大等难题。

核能作为我国清洁低碳能源，对我国的发展发挥重要作用。疫情发生后，美国等西方国家对我国高新技术的全面封锁和打压，无疑增加了我国核能发展外部环境的不确定性。我国仍需提前预判和做好应对措施，以确保我国核能发展地位和优势的保存。

相关龙头企业 ：

宝色股份:  2017年10月20日晚间公告，公司与中科院先进核能创新研究院签订战略合作框架协议，拟就未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统(TMSR)、超高温光热发电系统、熔盐储能技术所需的高温熔盐设备的研制结成战略合作关系，协议有效期五年。

中广核技:  中广核核技术应用有限公司为中国广核集团的全资子公司，于2011年6月在北京成立。

包钢股份： 包钢白云鄂博矿区中“钍”储量约22万吨，占全国钍资源储量的77.3%，其中7万吨残留在尾矿废渣中，一旦钍基熔盐堆实现商业化，就能立刻变废为宝。

中国核建： 我国核电工程建设领域历史最久、规模最大、专业一体化程度最高的企业，是国内唯一一家30余年来不间断从事核电工程建设的企业，一直是核电工程建设领军企业，代表了我国核电工程建设的最高水平。

参考文献：

[1]中国工程院“我国核能发展的再研究"项目组我国核能发展的再研究[M].北京:清华大学出版社,2015.[3]中核战略规划研究总院.IAEA发布2020年版核电发展预测报告.

[2]朱青等.关于我国核电发展趋势的构想[J].江西:东华理工大学.2011 .