40年之後:科學家們重啟釷鹽反應堆實驗!
荷蘭核研究與諮詢集團(NRG)的科學家們,正將目光重新瞄向 1970 年代的研究課題,以期滿足未來的能源需求。在 全球追求低碳的政治壓力下,核能似乎成為了一種理想的選擇。核反應堆在可靠性上有著可靠的記錄(每瓦特致死率最低),且建設和生命周期內的碳排放比風能和太陽能設施還要低。
上圖是 1970 年代首次進行的釷鹽反應堆實驗
不過核能確實有四個主要的缺點:
首先,反應所需的鈾元素太過稀少,製備成本也相當高。
其次,生產核燃料的技術,也可用於製造武器。
第三,舊式核反應堆的設計,存在著發生災難性崩潰的危險。
第四,沒人能給出一個所有人都可以接受的、長期的核廢料處理策略。
極高純度的釷鹽被小心放置到特製的坩堝中。
克服這些問題的其中一種方法,舊式用不同的裂變材料,取代傳統的鈾或鈈。而自上世紀 40 年代以來,最具吸引力的選擇,就是釷。
與鈾不同,釷的儲量豐富而廣泛,因而不需要像製作濃縮鈾那樣費心、也無法輕易轉而製造炸彈。此外,釷反應堆擁有天然的安全設計,如果反應失去控制、可以輕鬆將之關閉。
釷反應堆的放射性廢棄物,壽命也相對較短 —— 短短几個世紀,即可變得無害。
在 Petten 測試反應堆的內部,帶電粒子的運動速度比光速還要快。
如果你將足夠多的鈾(精鍊燃料級)堆疊在一起,其釋放的中子輻射就足以推動鏈式反應。在此過程中,鈾原子就能自我維持原子核裂變。
然而釷反應堆的最大障礙,就是其自身難以達到臨界質量。因此釷燃料必須與鈾混合,或者藉助其它外部中子源來啟動反應過程。
一名 NRG 科學家正準備將釷元素放入要測試的 Petten 反應堆中。
從 1960 年代、直到 1976 年,美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)進行過讓氟化釷在熔融鹽中溶解(而不是固體燃料元素)的實驗。
儘管結果很有希望,這種方法還是被放棄了。自那時起,中國、印度、印尼等國都進行過釷反應堆實驗,也曾考慮使用熔融鹽作為燃料。但直到 NRG 接過指揮棒,橡樹嶺國家實驗室的方法才被重新啟用。
上圖為定製的測試設備,釷鹽位於最中心的位置。
在歐盟實驗室聯合研究中心,NRG 將進行多個階段的鹽輻照實驗(SALIENT),以便將釷熔鹽反應堆(TMSR)提升到足夠商用的工業規模。
據遊說團體 Thorium Energy World 所述,實驗第一階段著重於移除釷燃料在生命周期(核裂變過程中)產生的貴金屬。(分離釋放能量前,釷變成了鈾)
一旦達成該目標,他們下一步將確定建造 TSRM 反應堆的普通材料性能有多好。其必須能夠經受得住腐蝕性的高溫鹽混合物,或者尋找其它方法來降低維護和運營成本。
這或許包括一種叫做「哈斯特洛伊」(hastelloy)的耐蝕鎳基合金,或者鈦-鋯-鉬(TZM)合金。
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