夠中國用2萬年！我國攻克世界級難題，搶先美國建造“無限能源”

有這樣一種核能源，多到幾乎用不完，反應(yīng)起來十分安全，產(chǎn)生的有害廢物還特別少，這聽起來簡直是未來感十足的完美能源！它正是世界各國爭相研究的第四代核能技術(shù)：釷基熔鹽堆。它不僅能發(fā)電，還能徹底改變一個(gè)國家的能源命運(yùn)。

在這場激烈的能源競賽中，有一個(gè)國家悄悄實(shí)現(xiàn)了從“追趕者”到“領(lǐng)跑者”的跨越。克服了世界級難題，率先建成了讓全球矚目的實(shí)驗(yàn)堆，把曾經(jīng)的“能源幻想”變成了觸手可及的現(xiàn)實(shí)，而這個(gè)國家，正是中國。

更安全的能源

簡單來說，“釷基熔鹽堆”是一種用“釷（Th）”元素作為核燃料，熔融狀態(tài)的氟化鹽來冷卻和攜帶燃料的第四代核反應(yīng)堆。相比傳統(tǒng)核能，它有兩大革新。

首先是燃料革新。傳統(tǒng)核電站大多用鈾，但我國的鈾礦儲量并不豐富，很大程度上依賴進(jìn)口。而釷在我國的儲量非常可觀，已探明就超28萬噸。而且這些釷很多還是開采稀土礦時(shí)產(chǎn)生的“副產(chǎn)品”。據(jù)估算，這些釷資源理論上足以支撐我國2萬年的能源需求。

其次是形態(tài)革新。傳統(tǒng)的反應(yīng)堆一般用固體核燃料棒，而在釷基熔鹽堆里，核燃料直接溶解在高溫熔融的氟化鹽中，是一種像水一樣可以流動的液體。這種模式下，反應(yīng)堆可以在常壓下運(yùn)行，不像傳統(tǒng)反應(yīng)堆在高壓環(huán)境運(yùn)行，存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)它還自帶“安全保險(xiǎn)”。在堆底有個(gè)“冷凍塞”，一旦系統(tǒng)意外過熱，冷凍塞就會熔化，液態(tài)燃料會依靠重力全部流入應(yīng)急儲存罐，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自動停止。這樣就從物理上就杜絕了堆芯熔毀，造成事故的可能。

此外，釷基熔鹽堆還有兩大突出性優(yōu)勢。首先是它反應(yīng)后生成的核廢料極少，只有傳統(tǒng)核電站的百分之一左右，大大減輕了未來對環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

其次應(yīng)用范圍也遠(yuǎn)超發(fā)電，反應(yīng)堆能產(chǎn)生700℃以上的高溫，這些熱量可以直接用來規(guī)模化地制造 “綠氫”，進(jìn)行大規(guī)模海水淡化，甚至為鋼鐵，化工等高耗能行業(yè)提供清潔熱源。

美國為何放棄？

釷基熔鹽堆并不是一個(gè)近些年才有的全新概念。有關(guān)技術(shù)探索早在半個(gè)多世紀(jì)前就拉開了序幕。上世紀(jì)40年代末，美國啟動了一個(gè)科幻感十足的項(xiàng)目：核動力轟炸機(jī)。即一種依靠核燃料，可以長時(shí)間持續(xù)飛行，而無需加油的轟炸機(jī)。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要一種體積小，效率高又足夠安全的核反應(yīng)堆，于是，液態(tài)熔鹽作為燃料和冷卻劑的想法應(yīng)運(yùn)而生。在此背景下，大名鼎鼎的橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室（ORNL）接下了重任，并在1965年，成功建造并運(yùn)行了世界上首個(gè)液態(tài)燃料熔鹽實(shí)驗(yàn)堆。

這證明了釷基核燃料在技術(shù)上是可行的。然而，美國后來卻主動放棄了對這一技術(shù)的投入。原因主要有兩方面。

一是需求因素。由于洲際導(dǎo)彈技術(shù)迅猛發(fā)展，用導(dǎo)彈就能更高效，更安全地完成戰(zhàn)略打擊任務(wù)，核動力轟炸機(jī)也就失去了軍事價(jià)值。同時(shí)，冷戰(zhàn)背景下，美蘇都更傾向于發(fā)展更成熟的鈾反應(yīng)堆，短時(shí)間無法滿足軍事需求的熔鹽堆路線也就很難獲得足夠的政策和資金支持。

二是技術(shù)挑戰(zhàn)。熔鹽堆運(yùn)行時(shí)，溫度極高，而且熔鹽具有強(qiáng)烈的腐蝕和放射性性，同時(shí)還要承受強(qiáng)大的輻射。以當(dāng)時(shí)的材料學(xué)水平，很難研制出能長期抵抗這種極端惡劣環(huán)境的合金材料。這意味著即便堆型投入使用，后期的維護(hù)成本和不確定性也會非常高。

正因?yàn)檫@種種原因，美國最終在這個(gè)關(guān)鍵岔路口選擇了放棄。頗有意味的是，他們并沒有把這項(xiàng)技術(shù)束之高閣，而是將所有研究資料公之于眾，仿佛是為未來的“有緣人”留下了一顆等待發(fā)芽的種子。

中國突破 領(lǐng)跑全球

美國或許不曾料到，幾十年后，讓這顆種子破土而出的，會是隔海相望的中國。

早在上世紀(jì)70年代，上海的“728工程”就已經(jīng)瞄準(zhǔn)了釷基熔鹽堆技術(shù)。1971年，我國成功建成“冷態(tài)堆”實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證了這條技術(shù)路線的可行性。不過，受限于當(dāng)時(shí)國內(nèi)的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)水平，這項(xiàng)頗具前瞻性的探索不得不被長期擱置。

直到2011年，國家科學(xué)院重啟“釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”技術(shù)專項(xiàng)，打算用20年左右的時(shí)間，在這場未來能源的競賽中占據(jù)主導(dǎo)地位。這其中最大困難依然是材料技術(shù)。要想發(fā)展釷基熔鹽堆，就必須找到一種能長期適應(yīng)高腐蝕高輻射惡劣環(huán)境下的超級材料。

經(jīng)過無數(shù)次失敗與攻關(guān)，我國的團(tuán)隊(duì)交出了完美答案：一種名為GH3535，具有極強(qiáng)的抗腐蝕性，抗高溫和抗氧化性的新型鎳基合金，完美地解決了這道世界難題，為反應(yīng)堆的建造奠定了最堅(jiān)實(shí)的基石。

2023年10月，在甘肅武威的戈壁灘上，美國人當(dāng)年未竟的目標(biāo)，終于開花結(jié)果：我國自主研發(fā)的2兆瓦液態(tài)燃料釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆（TMSR-LF1）首次實(shí)現(xiàn)臨界鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，并在2024年6月順利滿功率狀態(tài)運(yùn)行。

2024年10月，反應(yīng)堆又實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)行中成功添加釷燃料的實(shí)驗(yàn)。這一刻，標(biāo)志著我國成為了世界唯一真正實(shí)現(xiàn)釷基熔鹽堆運(yùn)行并驗(yàn)證其核心功能的國度。

當(dāng)然，這還只是宏偉藍(lán)圖的第一步。接下來的第二步更加關(guān)鍵：在武威建設(shè)一個(gè)發(fā)電功率為10兆瓦的小型模塊化研究堆，計(jì)劃在2025年動工，目標(biāo)是2030年并網(wǎng)發(fā)電。這將是一個(gè)更接近商業(yè)電站的工程化樣板，旨在解決實(shí)際應(yīng)用中的各種工程和技術(shù)問題。

結(jié)尾

這場由“釷”帶來的能源變革，安靜卻深刻，它關(guān)乎國家命運(yùn)，也連接著我們每個(gè)人的日常生活。或許未來有一天，我們可以真正告別對化石能源的依賴和焦慮，呼吸更清潔的空氣，享受更穩(wěn)定廉價(jià)的電力，過去的干旱地區(qū)，更能用核能余熱淡化出的滾滾的清泉。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)堆到大規(guī)模的商業(yè)推廣，還有無數(shù)工程和技術(shù)挑戰(zhàn)需要攻克。但毫無疑問，我國已經(jīng)拿到了這張未來能源競賽中最具潛力的入場券，并且跑在了最前面。這是一個(gè)充滿希望的起點(diǎn)，一個(gè)由中國人親手點(diǎn)亮，屬于全人類的綠色能源新起點(diǎn)。