引言

對(duì)于大多數(shù)人而言，釷基熔鹽堆是一個(gè)尤為陌生的詞匯。

但是，倘若說(shuō)起“核能”二字，或許我們便會(huì)感到親切。實(shí)際上，釷基熔鹽堆便是一種與核能息息相關(guān)的“黑科技”。

這一“黑科技”威力巨大，甚至直接入選了第四代核電站，成為了先進(jìn)核能系統(tǒng)的典型代表。然而，令人沒(méi)有想到的是，這竟然曾是一項(xiàng)被美國(guó)嫌棄的技術(shù)！

幸好中國(guó)獨(dú)具慧眼，才不至于讓明珠蒙塵。

釷基熔鹽堆究竟是什么？美國(guó)為何放棄它？中國(guó)的釷基熔鹽堆，又到底有多么強(qiáng)悍？

讓我們走入這項(xiàng)黑科技，一探究竟。

何為釷基熔鹽堆？

所謂釷基熔鹽堆，其實(shí)是一種核能系統(tǒng)。

提起核，人們往往在第一時(shí)間想到核武器，將它與毀天滅地畫(huà)上等號(hào)。但其實(shí)，核也有著溫和的另一面，核可以作為能源被人們使用，極具價(jià)值。

核能是一種清潔能源，相比其它能源，核能不光更加環(huán)保，而且能量密度也更高，有百利而無(wú)一害。因此，世界各國(guó)都在大力發(fā)展核能，試圖成為完善的核電國(guó)家。

正是因?yàn)楹司哂小半p面性”，所以在發(fā)展核能時(shí)，核安全尤為重要。想要達(dá)到這個(gè)目的，就必須有成熟的核能系統(tǒng)。

而釷基與熔鹽堆，便成為了這一系統(tǒng)的兩大組成要素。

想要產(chǎn)生核能，就必須發(fā)生核裂變，而核裂變離不開(kāi)核燃料，釷基便是一種核燃料。除了釷基外，鈾基是另一種常見(jiàn)的核燃料，使用范圍比釷基廣泛許多，是目前核電工業(yè)燃料的主力。

但是，隨著核能需求的增多，鈾基燃料面臨著短缺的困境。

濃縮鈾

于是，釷基燃料作為最合適的替代品，逐漸走進(jìn)了人們的視野。

想要成功運(yùn)用釷基燃料，技術(shù)關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)出合適的反應(yīng)堆。

當(dāng)核裂變發(fā)生時(shí)，會(huì)在一瞬間爆發(fā)出巨大的能量，能夠承載這種能量的裝置便是反應(yīng)堆。

從核能走向熱能，離不開(kāi)反應(yīng)堆的幫助。

壓水堆和重水堆是最常見(jiàn)的兩種反應(yīng)堆，相較于這些“老牌”反應(yīng)堆，熔鹽堆是毫無(wú)疑問(wèn)的創(chuàng)新，隸屬于第四代候選堆型。

燃料鹽是熔鹽堆的關(guān)鍵，在使用時(shí)，需要將燃料鹽直接溶解在氟鹽冷卻劑之中，生成氟化鹽。

氟化鹽分飾兩角，既是核燃料的載體，又是核裂變反應(yīng)的冷卻劑。

除了液體燃料外，熔鹽堆還可以使用固體燃料，那便是燃料顆粒。核裂變發(fā)生時(shí)，燃料顆粒需要以碳化硅密封，再以石墨包裹，最終搭配上冷卻劑氟化熔鹽，才算完全成型。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，釷基熔鹽堆是新燃料加上新反應(yīng)堆，從而搭建出一套嶄新的核能系統(tǒng)。

這種新系統(tǒng)更加安全與靈活，同時(shí)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，不僅可以有效的防止核擴(kuò)散，也具有高度的可持續(xù)性，稱得上“黑科技”。

可是，這樣了不起的“黑科技”，竟然曾被美國(guó)無(wú)情嫌棄，這又是怎么一回事呢？

被美國(guó)嫌棄的釷基熔鹽堆

釷基與熔鹽堆相伴相生，不可分割，而早在上世紀(jì)40年代末，美國(guó)人便將目光投向了這套新核能系統(tǒng)。

最開(kāi)始，美國(guó)空軍是新系統(tǒng)的堅(jiān)決倡導(dǎo)者，因?yàn)樗麄兿Ｍ軌驗(yàn)檗Z炸機(jī)尋找到可靠的核動(dòng)力。在美國(guó)軍方內(nèi)部，曾有過(guò)利用核能升級(jí)武器的先例。

如美國(guó)海軍就曾經(jīng)研發(fā)出了輕水堆，用于運(yùn)行潛艇上的核動(dòng)力裝置。因此，空軍的要求合情合理，很快也得到了國(guó)家的支持。

1946年5月，美國(guó)核動(dòng)力轟炸機(jī)研發(fā)正式被提上日程，ANP計(jì)劃啟動(dòng)，ANP即Aircraft Nuclear Propulsion的縮寫(xiě)。

這個(gè)計(jì)劃的核心目的是開(kāi)發(fā)出以核能驅(qū)動(dòng)，并可以持續(xù)飛行數(shù)周的轟炸機(jī)。

于是，該造一個(gè)怎樣的引擎反應(yīng)堆，成為了科學(xué)家們熱議的話題。

1954年，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出，想要提升動(dòng)力，或許可以創(chuàng)造一個(gè)不同于以往的熔鹽堆。

這一石破天驚的想法很快得到了眾人的響應(yīng)，在該實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)下，全球第一個(gè)熔鹽堆實(shí)驗(yàn)裝置于1954年問(wèn)世。

該裝置一問(wèn)世，便展現(xiàn)出了前所未有的穩(wěn)定性，成功運(yùn)行了超過(guò)1000個(gè)小時(shí)。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

不僅如此，該裝置在操作上也更為簡(jiǎn)單，由于熔鹽堆運(yùn)行壓力低，所以壓力容器的規(guī)格也可以隨之變小，控制性得到了提升。

這次成功令眾人狂喜，但還沒(méi)等這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，美國(guó)空軍卻突然對(duì)此失去了興趣。

原來(lái)，戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈技術(shù)迅速發(fā)展，這一技術(shù)在軍事應(yīng)用領(lǐng)域更為先進(jìn)，令核動(dòng)力轟炸機(jī)失去了最大的價(jià)值。

如此一來(lái)，釷基熔鹽堆也陷入了“食之無(wú)味，棄之可惜”的尷尬境地。

戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈

但是，橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們不愿意放棄這一研究成果，提出了“軍用轉(zhuǎn)民用”的設(shè)想，希望能夠?qū)⑩Q基熔鹽堆運(yùn)用在人們的日常生活中。

1965年，橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室內(nèi)出現(xiàn)了全球第一座液態(tài)燃料實(shí)驗(yàn)堆，名為MSRE。

這座實(shí)驗(yàn)堆以釷基核燃料為核心，規(guī)格為8兆瓦，足足運(yùn)行了5年。

但橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室的野心遠(yuǎn)不止于此，1971年，他們開(kāi)始謀劃升級(jí)實(shí)驗(yàn)堆，將規(guī)格抬高至1吉瓦，并重命名為MSBR。

有了上一次的成功經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)家們堅(jiān)信這次也一定能完成目標(biāo)，釷基熔鹽堆潛力巨大，未來(lái)一片光明。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

可惜的是，造化弄人，命運(yùn)的齒輪又一次發(fā)生了偏差。

就在新實(shí)驗(yàn)即將開(kāi)始之際，美國(guó)政府卻突然削減了釷基熔鹽堆的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，打了科學(xué)家們一個(gè)措手不及。

官方?jīng)Q定，暫時(shí)放棄民用核能，大力發(fā)展核武器，用于與蘇聯(lián)爭(zhēng)霸！

美蘇爭(zhēng)霸

彼時(shí)美蘇冷戰(zhàn)進(jìn)入了白熱化階段，兩極格局愈發(fā)清晰。在美國(guó)政府看來(lái)，與其花大價(jià)錢發(fā)展現(xiàn)在根本用不上的民用核能，倒不如將全部的精力轉(zhuǎn)向研制核武器。

這等于給釷基熔鹽堆宣判了“死刑”，因?yàn)闅v經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，這一裝置已為民用而生，根本無(wú)法轉(zhuǎn)型為武器級(jí)別的核燃料。

就這樣，更適合軍用的鈉冷快堆取代了釷基熔鹽堆，成為了新的研發(fā)熱點(diǎn)。

鈉冷快堆

而曾經(jīng)風(fēng)光無(wú)限的釷基熔鹽堆，卻再無(wú)人問(wèn)津。

但是，釷基熔鹽堆的命運(yùn)卻并未就此終結(jié)。

山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村，在美國(guó)拋棄釷基熔鹽堆的同時(shí)，中國(guó)卻開(kāi)啟了這一裝置的研究。

入選中國(guó)第四代核電站

實(shí)際上，中國(guó)早就注意到了釷基熔鹽堆，只是建國(guó)之初諸事繁雜，綜合國(guó)力還有待提升，這才將研發(fā)事宜一推再推，到了70年代才真正啟動(dòng)。

美國(guó)短視，只看見(jiàn)了眼前一時(shí)的利益，以為美蘇爭(zhēng)霸才是未來(lái)的潮流，因此選擇發(fā)展軍用核能。

而中國(guó)目光長(zhǎng)遠(yuǎn)，知曉冷戰(zhàn)格局終有一天會(huì)結(jié)束，發(fā)展共贏才是新時(shí)代的主題，在一個(gè)和平的年代，民用核能才是真正的主角。

因此，1970年2月，中國(guó)開(kāi)啟“728工程”，在這項(xiàng)工程中，上海原子核研究所成功開(kāi)發(fā)出了冷態(tài)熔鹽堆，實(shí)現(xiàn)了零功率的突破。

隨著中國(guó)核戰(zhàn)略的調(diào)整，728最終成為了秦山核電站的代號(hào)，盡管核能模型改為了輕水堆，但中國(guó)對(duì)熔鹽堆的探索從未停止。

功夫不負(fù)有心人，長(zhǎng)久的積累最終在2011年結(jié)出了碩果，中國(guó)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)正式啟動(dòng)，與系統(tǒng)配套的基地落戶甘肅武威市，實(shí)現(xiàn)了核能黑科技的新突破。

728工程

這項(xiàng)系統(tǒng)中共包含四個(gè)原型系統(tǒng)，涵蓋諸多核心技術(shù)。

首先，中國(guó)率先提出了釷鈾燃料循環(huán)的概念，利用干法處理，實(shí)現(xiàn)了氟化揮發(fā)與減壓蒸餾技術(shù)的冷態(tài)貫通，讓燃料“動(dòng)”起來(lái)。

其次，中國(guó)在該系統(tǒng)中配備了高溫熔鹽回路，解決了先前出現(xiàn)的密封問(wèn)題，同時(shí)獲取了一批重要的熱工水力數(shù)據(jù)。

在安全性上，該系統(tǒng)也獲得了國(guó)家核安全局的認(rèn)可，確保了熔鹽自然循環(huán)的余熱排出，令核能開(kāi)發(fā)變得更加綠色環(huán)保。

不僅如此，釷基熔鹽堆系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)還大大減少了我國(guó)核能利用的成本。

一方面，熔鹽堆高溫、低壓、高熱熔，只需要小型模塊化反應(yīng)堆就能運(yùn)行，精簡(jiǎn)了反應(yīng)場(chǎng)所。而另一方面，該系統(tǒng)的冷卻技術(shù)不需要大量水源，因此就算在干旱的地方也能實(shí)現(xiàn)核能轉(zhuǎn)換，十分方便。

中國(guó)的腳步從未停止，計(jì)劃在2030年建成釷基熔鹽堆的中試系統(tǒng)，同時(shí)包含固液兩種形態(tài)，并將其帶入國(guó)際社會(huì)。

等到了2050年，這一民用核能系統(tǒng)便能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的推廣與應(yīng)用，造福千家萬(wàn)戶。

結(jié)語(yǔ)：

目前，世界上有許多國(guó)家都宣布要開(kāi)啟釷基熔鹽堆系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)劃，而這也恰恰說(shuō)明了中國(guó)的前瞻性。

核能是一把雙刃劍，釷基熔鹽堆或?qū)⒊蔀槿祟惪茖W(xué)利用核能的突破口，而中國(guó)必然也會(huì)承擔(dān)核大國(guó)的使命，推進(jìn)研究的不斷深入。