你敢信吗,最早由美国提出开搞的核能技术,折腾几十年没啃下来,反倒被我们中国率先突破了核心。说的就是现在大热的第四代核能钍基熔盐堆,这次我们搞定了最核心的燃料转换技术,还评上了中国科学十大进展。别说我吹,美国那帮当初砍了项目的科学家,知道这个消息估计都要拍大腿后悔。
早在上世纪50年代美国就启动相关研究了,橡树岭国家实验室1965年就建成了实验堆,还平稳运行了1.3万小时,实打实验证了技术可行性。结果到1973年,因为冷战军事需求调整,预算也跟着缩减,美国直接砍掉了所有研发经费,这个项目就这么被彻底搁置了。
2000年之后,各国都想解决现有核电的安全问题,牵头成立了第四代核能系统国际论坛,钍基熔盐堆才重新被拎出来,成为六大重点技术路线之一。本来大伙都跟着美国的节奏走,谁能想到命运弄人,美国搞了这么多年,核心技术难点始终没攻破。
我们后来跟进,不仅建成了全球第一个试验堆,还成为国际上第一个真正实现熔盐堆钍铀核燃料转换的国家。这个燃料转换,恰恰是钍基熔盐堆整个技术路线最核心的关键一步,之前全世界都没有成熟先例。
我们相当于摸着石头过河,得一点点摸清楚熔盐堆里各类物理过程的相互影响,搞明白高温高辐射环境下材料怎么抗腐蚀,还要研究怎么在反应堆运行的时候分离出有用产物,所有参数都得自己试。这次成功跑通了全流程,拿到了第一手实验数据,也实打实证明了这条技术路线完全可行。
它不光是核能史上的里程碑,还能解决不少现有核电的痛点,甚至帮我们解决几十年的核燃料进口依赖问题。传统压水堆要在150个大气压下运行,出问题就有爆炸风险,还得消耗大量冷却水,一个百万千瓦级机组一小时就要几千吨冷却水,只能建在沿海或者大江大河边上,选址受限特别大。
钍基熔盐堆就不一样了,整个系统在常压下运行,本身用液态氟化盐做冷却剂,不需要大量水降温,建在内陆戈壁都没问题。甘肃民勤的实验堆,离最近的海岸线超过1300公里,照样跑得稳稳当当。以后东北、西部哪怕是戈壁滩,都能建核电站,选址范围直接扩了好几倍。
咱们国家缺铀,探明铀储量大概17万多吨,对外依存度超过70%,一直被卡脖子。钍资源就不一样了,我国工业储量有28万吨,占全球的五分之一左右,排在世界第二。而且我们的钍大多和稀土伴生,以前开采稀土的时候钍都跟着出来,基本当废料处理,以后要是商业化,直接就能拿来当燃料。
1吨钍裂变产生的能量,相当于200吨铀,或者350万吨煤炭。按现在全国的电力消耗算,光是内蒙古白云鄂博矿区现有的钍储量,就够中国用几千年。真要是能大规模推广,我们就能彻底摆脱对进口铀的依赖,能源自给自足几千年,能源安全层面的意义怎么说都不为过。
这个技术还天生适合外太空用,给未来月球基地提前铺了路。月球表面环境恶劣,白天127摄氏度,晚上零下223摄氏度,一次月夜就是地球的14天,太阳能根本靠不住。要建月球基地,就得有能持续供电、不受光照影响、轻便耐用的能源,钍基熔盐堆刚好全满足。
它不需要水冷却,能在真空环境运行,能量密度大,20年不用换燃料,结构还简单。一体化设计把换热器、堆芯、主泵全集成在一个容器里,卡车就能整体运输,火箭发射直接就能送上去,到地方就能用。我们搞定核心燃料转换,相当于在太空能源这块抢了先手,美国现在的月球基地计划还主要靠太阳能,核能方案连工程验证都没做完。
这个成果真不是天上掉馅饼,是我们咬着牙硬啃了14年啃出来的。熔盐腐蚀是国际公认的硬骨头,之前国际上材料年腐蚀量大概20微米,我们自研的镍基合金,直接把腐蚀量压到了2微米,只有原来的十分之一。传统核电站换料必须停机,一折腾就是好几周,我们搞出了不停堆换料,投送燃料精度控制在1毫米以内,反应堆正常运行就能完成换料。
三米多高十五吨重的主循环泵,之前国内根本没有企业能造,为了做出来,光轴承设计就改了23版,最后用碳化硅陶瓷替换金属,才解决了高温润滑的问题。28项核心设备全部国产化,整体国产化率超过90%,核心设备做到100%国产。十四年时间,近一百家科研单位,上千次材料配比试验,一点一点攒出了现在的成果。
现在我们握着全球唯一一个在运行的钍基熔盐实验堆,本身还是为太空应用设计的,这个先发优势真不是花钱就能砸出来的。不止钍基熔盐堆,我们在多个先进核能路线上都走到了世界前列。石岛湾的高温气冷堆已经并网发电,是全球首座商业运行的第四代核电站,霞浦示范快堆也在稳步建设中。
几个主要的第四代核能方向,我们都有布局,也都拿到了实质性进展。这种跨多学科、长周期的系统性科研攻关能力,本身就是综合科技实力的体现,换谁看了都不得不服。
参考资料:新华网 中国科学十大进展揭晓
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