目前，世界首個兩兆瓦液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆已在推進(jìn)中，計劃于2020年底建成，下一步還將繼續(xù)建設(shè)100兆瓦示范堆。這標(biāo)志著中國正引領(lǐng)全球熔鹽堆研發(fā)。

溫度超過預(yù)定值，核反應(yīng)立即終止

長期以來，核電站主要采用的是以鈾-235為核燃料的壓水堆核電裝置。盡管科學(xué)家、工程師采取了種種防護措施，一旦發(fā)生反應(yīng)堆事故，往往會對周邊居民和環(huán)境造成十分嚴(yán)重的影響。作為清潔能源的核能發(fā)展，因此一直充滿了爭議。

不過，隨著科技的發(fā)展，更安全、更清潔的核燃料釷逐漸發(fā)展起來。同時，反應(yīng)堆的冷卻劑也由水變成了復(fù)合型氟化鹽——這意味著核電站不再需要消耗大量的水資源，核電站也不再只能建在濱海地區(qū)。這種新一代核能反應(yīng)堆就是釷基熔鹽堆。

2011年，中國科學(xué)院部署啟動“未來先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”(TMSR)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，實驗堆選址甘肅武威。

據(jù)悉，這種核反應(yīng)堆具有結(jié)構(gòu)簡單、可在常壓下運行、燃料“雜食性”強等優(yōu)點。“當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)溫度超過預(yù)定值時，設(shè)在底部的冷凍塞會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽全部流入應(yīng)急儲存罐，核反應(yīng)立即終止。”徐洪杰說，作為冷卻劑的氟化鹽在冷卻后就變成了“一塊大鹽巴”，既不容易泄露，也不會污染地下水。而且釷基熔鹽堆能穩(wěn)定運行幾十年，經(jīng)過充分燃燒后，理論上其產(chǎn)生的核廢料僅為現(xiàn)有技術(shù)的千分之一。

在武威，這座實驗室堆將建在地下十米處，這好比是給反應(yīng)堆罩了一重金鐘罩，從而完全隔絕輻射。這一技術(shù)成熟后，也可應(yīng)用于城市、戈壁、沙漠、海島等多種地貌環(huán)境。

設(shè)計研發(fā)及裝備制造基地設(shè)在上海

為了將釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)從圖紙推向?qū)嶋H應(yīng)用，來自中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所等十家科研單位和高校的700多人，進(jìn)行了七年多的攻關(guān)。

“我們在上海完成基礎(chǔ)研究，從材料工藝起步，在國內(nèi)相關(guān)材料領(lǐng)域幾乎為零的背景下，逐步提升到國際水平，并全面掌握了熔鹽堆特需關(guān)鍵裝備的制造技術(shù)。”徐洪杰透露，我國已在釷基熔鹽堆研發(fā)上取得146項技術(shù)成果，形成近3000篇技術(shù)報告，申請發(fā)明專利達(dá)202件。如今，關(guān)鍵材料已全部國產(chǎn)化，關(guān)鍵設(shè)備均由國內(nèi)廠家自主研制。

下一步，研發(fā)團隊還將開展多功能小型模塊化釷基熔鹽堆設(shè)施及十升級干法批處理研究設(shè)施的研制，這將是釷基熔鹽堆整個研發(fā)鏈條上承上啟下的重要一環(huán)。未來，該先導(dǎo)專項將形成這一新型核反應(yīng)堆的設(shè)計研發(fā)、冷實驗平臺和主要裝備制造基地在上海、實驗與示范應(yīng)用基地在甘肅的創(chuàng)新格局。按計劃，2030年至2050年間，釷基熔鹽堆將可實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用及可持續(xù)發(fā)展。