提到喜马拉雅山对面的印度，在中文互联网上大家总是看到各种负面新闻。但事实上印度这个发展中国家近些年经济发展很快，在某些高科技发展上也有所成就。

比如印度这些年就一直在搞全世界领先的快堆技术，有些印度专家甚至认为其比中国领先20年。

那么印度这个快堆技术到底有多么先进，中国在该领域又有什么进展呢？

核反应堆

核裂变为人类打开核能的大门，却不得不应对核燃料之匮乏

提到快堆技术，就要首先了解核反应堆的工作原理。

1938年德国科学家迈特纳和哈恩试图制造比铀更重的原子时，发现用中子轰击铀的同位素铀235的原子核后；该原子核在吸收一个中子后会进入不稳定状态，然后分裂成两个甚至更多的新原子核。这个现象后来被称为核裂变现象。

同时发现铀235这样的元素在发生核裂变的同时，本身还会继续释放出中子轰击别的原子核；这被科学家称为链式反应。

更进一步研究发现在核裂变过程中有相当于0.186个质子的质量出现了损失，通过爱因斯坦的质能方程证明其完全转化成了能量。

核裂变

这一发现打开了人类利用核能的大门，也差点儿使纳粹德国抢先搞出核武器给人类带来巨大灾难。幸亏在盟军的各种破坏下德国原子弹的计划彻底破产，而美国也直到二战尾声才爆炸成功第一颗原子弹。

原子弹威力巨大，但它本质是不可控核裂变。因此在研制原子弹，科学家也在试图让链式反应能够慢下来以便使能量能被人类所利用。

1942年美国科学家费米带领的团队，建造了人类第一个核反应堆。

反应堆的工作原理是利用能够吸收中子的镉棒同装有少量铀235的燃料棒混合，这样就可以将核裂变的速率控制在一个非常稳定的区域内，从而使释放的热量能够被水或其它介质导出用于发电[1]。

费米

二战之后美苏等科技大国在全世界范围内兴建了数十座核电站，核能发电所占的比重很快达到了近10%。但是在修建和运营核电站过程中，科学家发现了一个巨大的隐忧。

那就是目前的核电站技术虽然反应堆的结构有压水堆、沸水堆等，但其本质都是使用铀235作为裂变材料。

可问题在于在天然铀矿中铀元素超过99%都是无法参与链式反应的铀238或叫贫铀，铀235、也就是浓缩铀的比例只有0.714%。为了能够将这如此少的浓缩铀从贫铀中分离出来，往往要使用离心机等设备，耗费大量的金钱和能源。

目前国际标准核电站所用铀235的丰度为3%~10%，每获得1公斤铀235需要处理200吨铀矿石。更重要的是提炼出浓缩铀后贫铀就几乎没有用途，可在提炼过程中又无法完全将放射性物质除掉。

因此铀238成了一种带有放射性的无用废物，各国为无害化处理核废料又要消耗大量资源。

核电站

有人可能知道当年美国研制原子弹时有两颗使用铀235，扔到长崎的那颗“胖子”原子弹使用的核裂变材料是钚239。

虽然钚239也能参与链式反应。但由于其本身有剧毒又过于敏感。所以在传统的核电站中，几乎只有铀235这一种裂变材料。

目前全世界核电站每年要消耗近6万吨铀原料，而全世界的铀矿却只有459万吨。

由此推算目前的核电站只能运行几十年，这让人类试图用核电来取代煤、石油等化石能源变得没有可能。

铀矿石

快堆实现用快速中子产生核裂变，前景诱人却很难实现商业化

那么能不能在贫铀上做文章，让它也能参与链式反应呢？经过科学家的反复实验发现当用快速中子撞击铀238时，有可能使铀238吸收该中子后变成了新的铀239。

铀239再发生衰变即原子核内一个中子变成质子后，就变成了可用于核裂变的钚239。考虑到目前核电大国已经储存了数十万吨的铀238，只要将其一部分转化成钚239，就可以大幅增加全世界核燃料的储量。

但是发现这个原理简单，操作起来却非常困难。在传统的核电站中由于中子速度很快又不确定运动方向，为了防止中子未与原子核发生反应就跑到核燃料之外去，核反应堆中的核燃料棒本身要浸泡在减速剂里。

也就是说要人为地把中子的速度降下来，才能维持链式反应的正常运作。因此如何设计快中子反应堆（快堆）利用快速中子来激发核裂变，就成了科学家已经研究了几十年的难题。

核反应堆

科学家还发现快中子反应堆不但能够变废为宝，而且其本身还会形成的核燃料闭合式循环；这样在运行过程中会不断产生新的燃料，简单说有“越烧越旺”的特性。

比如在一个快堆中同时放入少量的铀235和大量的铀238；先利用铀235进行链式反应放热，并释放中子将一部分铀238转化成钚239。当钚239也参与链式反应之后，释放出更多的中子继续照射其余的铀238。

从而实现在反应堆内一步步变废为宝，甚至反应速率可以一步步加快。理论上该反应堆中的全部核燃料都能参与链式反应，也就意味着该反应堆装填后可以稳定运行数十年而不需要再添加核燃料。

这使得快中子反应堆在具备经济性的同时，也具有安全性方面的优势。

核反应堆

由于快中子反应堆知易行难即使西方国家已经研究了几十年，到目前唯一投入商业运行的只有前苏联在别洛雅尔斯基核电站建造的BN600快堆。

该反应堆热功率为1470兆瓦，发电功率达到600兆瓦。

自从1980年已实现运行近40年，而且其发电成本比当地的火电厂还要低。

目前其运行许可证已经延长至2025年，一直在为附近的叶卡捷琳堡市提供电力。但是前苏联没有继续在其它核电站建造快堆，可见其技术风险仍然不小。

核发电厂

印度利用独特资源优势，以钍为核燃料走在世界前列

在发达国家努力攻关快堆技术时，总喜欢以“世界第三”自居的印度居然也参与其中。如果以研制核武器来衡量核技术，印度不但落后于西方甚至落后于早在1964年就爆炸第一颗原子弹的中国。

但2017年印度宣布在孟加拉湾附近卡尔帕卡姆市投产了一座功率高达600兆瓦的大型快中子反应堆，印度专家还宣称其技术领先中国20年。

据有关资料披露，印度该快堆最大的技术亮点就是核燃料选择不同。和被许多人熟知的铀235和钚239不同，印度的快堆居然使用的是钍232为核燃料。

一般来说钍元素是不被看成放射性元素的，更没有哪一个国家用钍去造原子弹。

但是钍元素有一个特殊的性质。那就是钍232在在吸收一个中子后会变成钍233。钍233经过一次衰变后变成镤233，再一次衰变又变成铀233。而铀233也可以在吸收中子后发生链式反应，从而成为一种潜在的核燃料[2]。

钍元素

为什么其他国家都把眼光盯在铀238上时，唯独印度会选择钍232呢？首先印度钍资源丰富，其已探明储量为36万吨，相当于全世界储量的四分之一。而印度的铀矿资源却极度匮乏，这也几乎从一开始就限制了印度研制核武器的速度。

另一方面目前公关铀238快堆技术的美俄等国，在冷战时期为了造核武器和供应核电站储存了数量惊人的铀238。显然他们放着铀238不用，而去研究钍232是不划算的。

印度居然在世界前沿的快堆领域取得一定研究成果，看似意料之外其实也在情理之中。

印度和中国虽然同样是十亿人口级的发展中大国，但印度几乎没有石油资源，煤矿资源也非常缺乏；因此印度在能源对外依赖程度上远超中国，目前一到夏天就面临电煤紧缺。

中国石油

虽然目前印度利用国际地缘政治上的优势左右逢源，似乎不担心进口石油和煤炭会被卡脖子。但随着印度国力的增长其早晚也会享受中国的待遇，这让印度领导人难免不为印度的未来感到忧心。

如果发展常规核电站印度又必须大量进口铀矿石，因此利用好钍资源就是印度的最优选择。而就国际核能源发展全局来看，目前钍资源上没有被大量开发。

如果印度真的能够实现用钍232作为快堆燃料，的确在人类核电发展历史上是一个里程碑。

核反应堆

不过据外媒报道，该快堆早在2012年就应该被投入到使用了，结果2012年宣布推迟到2016年；2016年宣布推迟到2017年，2017年又推迟到2018年，到2021年也没有确切消息证明其已经投产。

更让人大跌眼镜的是印度原子研究中心负责人就曾公开表示，

印度政府正在重新考虑是否要调整原来的建设计划将600兆瓦的生产量降低到500兆瓦。

种种迹象暗示印度这个快堆似乎又和其国产航母一样成为一个烂尾工程，这也几乎是印度所有尖端科技发展的必然现象。

核反应堆

中国一直在稳步推进核电技术，未来将在核聚变发电上引领全球

即便是印度的这个钍燃料快堆的确有其过人之处，但是领先中国20年就实在是言过其实了。

首先1960年快堆的概念被提出后，我国就开始了技术跟踪。

2005年我国正式制定了快堆发展的国家战略，并制定了“实验堆、示范堆、商用堆”三步走规划。2011年中国实验快堆成功实现并网发电，该堆采用已在美欧国家成熟的钠冷快堆技术，其热功率为65兆瓦，电功率20兆瓦[3]。

目前示范快堆正在福建霞浦建造，有望在2023年正式投产。预计到2030年前后，我国将陆续建设一批商用增殖反应堆实现并网发电。而在钍燃料反应堆技术路线上，我国目前在甘肃武威已经试运行了全球首个钍钍基熔盐核反应堆。

福建霞浦示范快堆

和已有的核反应堆相比钍基熔盐堆不会熔毁，辐射量极小；此外钍基熔盐堆极易小型化，建设规模可大可小，非常便于控制建设成本。

发展钍基熔盐堆的整个产业链完全立足于国内，比如上海建工就提供了所需要的材料、设备乃至反应堆的设计，上海电力则是承制了堆容器、燃料盐排放罐等设备。

因此无论是快堆还是钍燃料反应堆中国都走在了世界前列，即使在个别技术路线上有偏差也绝不会有20年的差距。

热核反应堆

值得注意的是我国发展核电的历史并不短，但目前核电站仅有54座，核电的比重仅占每年发电量的5%。

这一方面是因为我国铀资源匮乏，若像西方国家那样同比例建造核电站，那么我国铀矿对外依赖度会超过石油。

同时核电站本身的风险不可低估，福岛核事故的教训到现在也让世界各国忧心忡忡，甚至在有些欧洲国家都出现了“弃核”的呼声。

所以在我国目前煤电、水电等常规能源仍有开发潜力的背景下，我国谨慎发展核电是正确的。

重要的是即使快堆技术研制成功离用核电淘汰传统能源也太远，毕竟铀238和钍232的储量同样是有限的。

中国核电站

因此我国在未来核电发展规划上迈出了两大步，每一步都比印度走得要远。

第一步就是努力发展科可控核聚变，简单的说就是人造太阳。

我国在1967年爆炸成功第一颗氢弹之后，就了解到了有关可控核聚变的一些概念。

在上世纪80年代我国就研制“中国环流器一号”，到目前我国在可控核聚变方面已经走在世界前列。

2020年12月我国新一代“人造太阳”在成都建成，去年5月我国的东方超环（EAST）成功实现1.2亿摄氏度101秒等离子体运行。

由于可控核聚变所需要的材料可以从海水中提取，所以相对于核裂变来说几乎是取之不尽、用之不竭的。

“人造太阳”

更远的一步则是将目光瞄向了月球。

月球背面由于长期受到太阳的直接辐射，月壤中有数量惊人的氦的同位素－氦3。而科学家认为氦3在未来也将成为可控核聚变发电的重要材料，只需要100吨氦3就能够满足全人类一年的能源需要。

2019年初我国“嫦娥四号”探测器首次实现了月球背面着陆，为未来开发月面资源迈出了第一步。

可以说当印度还在为其实现核裂变的一点成就沾沾自喜时，却忘了自己到现在还没爆炸第一颗氢弹。

而中国人早已经把眼光放在了更长远，更加有前途的可控核聚变发电上了。

参考文献

[1]1公斤铀~(235)释放的热量相当于2700吨煤释放的热量如何用核能发电．百度学术．2019-08-14

[2]陈文茜．解码陈文茜2013-12-17．凤凰卫视：凤凰卫视．2013

[3]我国第一座快中子反应堆首次临界．人民网．2010-07-22