铍：核聚变领域中的“锂矿”

今天我们来带大家深入了解下铍。

铍的特性

铍(Be)是一种化学元素，原子序数为4，属于碱土金属。它在空气中能形成一层保护性的氧化膜，即使在红热时也很稳定，不溶于冷水，微溶于热水，可以溶于稀盐酸、稀硫酸和氢氧化钾溶液并释放出氢气。铍的价态为+2，能形成具有显著热稳定性的共价化合物。铍的一些反常性质包括：不与水反应，氢氧化铍表现为两性，铍盐在纯水中表现为酸性，这些性质与其在周期表中同族的其他金属元素有所不同。在核聚变领域，铍因其独特的物理特性，如低中子阈能、高熔点和低密度，被广泛研究和应用，特别是在中子倍增剂和第一壁材料中发挥着重要作用。

在核聚变领域的应用与前景

随着可控核聚变技术的发展，尤其是托卡马克装置从“等离子体控制”阶段向“氘氚燃料反应”阶段的转变，铍在聚变堆中的重要性愈发凸显，其价值量占比预计可达30%-40%。在托卡马克装置中，铍的应用主要集中在两个方面：一是作为中子倍增剂，占比高达80%;二是作为第一壁材料，占比约为20%。尽管后者未来可能被钨材料替代，但其对铍总用量的影响相对有限。

在中子倍增剂的选择上，铍以其低中子阈能和高倍增效率脱颖而出，成为目前最优的选择。中子倍增剂的作用是增加中子总数，从而提高与锂原子核反应的几率。相较于铅，铍在中子撞击原子时所需的能量更低，这使得其倍增效率更高。此外，铍的高熔点和低密度也使其在高温环境下的应用更为安全和高效。相比之下，铅的熔点较低，易熔化，且密度较大，这在聚变堆的结构和材料要求上带来了更高的挑战。

在其他领域的应用

铍的优异性能不仅限于核聚变领域。其低密度、高熔点和低热膨胀系数等特性，使其在国防军工、航空航天和核工业等领域具有广泛的应用前景。在国防军工领域，铍铝合金因其质轻、质刚和热性能优良，被用于军机和军用激光反射器等，替代了传统的钛合金材料。金属铍则被用于飞行器的结构件，如战略洲际导弹助推器和有效载荷之间的转接壳体、飞船热屏蔽板以及战术通信卫星的构架，以实现减重和提速。

在航空航天领域，铍的尺寸稳定性和高比热使其成为惯性导航系统中陀螺仪的理想材料，保证了导航材料的高精度。同时，铍的高熔点和低热膨胀系数也使其成为火箭发动机喷嘴和控制推进器的理想吸热材料。

中国铍产业的发展

目前，中国铍产业的市场空间每年约为50至60亿元(不包括核聚变和四代钍基熔盐堆)，其中国产供给约为20亿元。全球铍产业链呈现出高度垄断的格局，美国、中国和哈萨克斯坦是少数几个拥有完整铍产业链的国家。美国Materion公司作为全球最大的铍供应商，占据了世界70%的市场份额，供应整个西方国家。哈萨克斯坦的乌尔巴冶金厂在苏联解体后接受了Materion公司的投资，成为美国的铍及铍合金供应基地。日本NGK则从Materion公司进口氧化铍，成为全球第二大铍铜合金生产商。

在国内，铍产业的战略意义得到了国家的高度重视。五矿铍业、西材院、上海太洋等企业正在积极推动铍产业的国产替代，以解决战略性“卡脖子”问题。这些企业的努力，如同星星之火，预示着铍产业在中国的燎原之势。