谈到核能,许多人仍然停留在切尔诺贝利、福岛核事故的恐怖记忆中。
但是事实上,核能作为一种高效清洁的能源形式,一直在悄然改变着我们的生活。
现在,全球有超过400个商业核电站在运行,它们提供了全球约11%的电力供应。
而我国"十四五"在此期间,在运在建核电装机也将升至7000万千瓦以上。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第1张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第1张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203027171672662758295.png)
本文来源于(光明网等),并掺杂了一些个人观点,细节可能有润色,请理性阅读,仅供参考!
然而,目前商业核电技术主要是第二代和第三代压水堆和快堆。虽然不断改进,但在安全性和经济性方面仍有许多不足。
例如对铀燃料的高度依赖-资源"富煤贫铀"在中国,这一直是制约核电发展的瓶颈。
例如核废料的处置问题,至今仍是一个世界性的挑战。
而且基熔盐堆有望克服这些难题,成为未来更安全、更经济、更可持续的核电选择。
所以,它究竟是"高"在哪里呢?
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第2张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第2张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203028171672662843453.png)
采用液体燃料作为基熔盐堆的最大特点。
与常规反应堆使用的固体核燃料棒不同,熔盐堆的燃料是溶解在熔融氟盐介质中的铀混合物。
因为燃料处于熔融状态,一旦反应堆出现异常,燃料盐可以自动从堆芯中排出,冷却固化,从而有效防止堆芯熔化。
与此同时,这一设计也带来了另一个重大优势——能够实现核燃料的"在线供应"。
可以连续运行数十年甚至数百年,通过不断地提取燃料盐中的裂变产物,并加入新的气体。
并且,因为采用了"。;热中子增殖"在这种模式下,基熔盐堆可将-232转换为可裂变铀-233,资源利用率接近100%。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第3张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第3张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203028171672662847729.jpg)
在安全性方面,除了固有的熔盐排放机制外,基熔盐堆还具有较高的负反应温度系数,即当温度升高时,链式反应自动减弱。
此外,即使发生严重事故,也不会产生爆炸性氢气,放射性物质也难以在环境中挥发。
总体而言,即使发生福岛核事故等失水事故,也不会造成巨大的灾难。
对于中国来说,发展基熔盐堆技术还有一个特殊的意义——我国的基熔盐堆资源非常丰富,已经证明储量位居世界第二。
根据计算,仅我国的核电资源就能满足数千年甚至数万年的核电开发利用。
相比之下,世界铀资源的可采储量预计最多只有100年。
因此,我国的能源安全有望成为重要的保障。
所以,为什么这么好的技术之前没有取得突破呢?事实上,基熔盐堆的发展之路可谓一波三折。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第4张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第4张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203028171672662830397.png)
首先,我们把时间转回到40年代末。
第二次世界大战刚刚结束,美国在橡树岭国家实验室开始了一项绝密研究——飞机反应堆实验,以巩固核领域的领先优势。(ARE)。
该项目的目标非常大胆,即开发一种带有核反应堆的轰炸机,以实现超长航程、空中不间断巡航的能力。
当时,美国空军认为,装备这种战略核力量可以为苏联形成"随时随地"的威慑。
但传统的固体核燃料反应堆体积和重量都过大,根本无法搭载到飞机上。
因此,科学家们把目光投向了一个全新的反应堆概念——熔盐堆。
作为液体燃料,溶解在高温熔融氟盐中的铀,可大大简化反应堆结构,减轻重量。
更为重要的是,熔盐堆具有固有安全性高、燃料利用率高等优点,非常适合航空。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第5张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第5张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203029171672662993298.png)
随着ARE项目的推进,美国的熔盐堆研究如火如荼。
一九五四年,世界上第一个熔盐实验堆——飞机反应堆实验(ARE)虽然没有飞上天空,但是在橡树岭实验室建成了9天,验证了熔盐堆的可行性。
此后,科学家们再次将燃料从铀-235转变为碳酸盐堆,开启了碳酸盐堆的时代。
一九六四年四月,一个功率为8MW的基熔盐实验堆(MSRE)开工建设,并于次年实现第一次临界。
MSRE采用氟盐冷却剂和铀混合氟化物燃料,堆芯出口温度高达650℃,远远超过当时的其它堆。
更令人惊讶的是,这种液体燃料反应堆可以在线添加和移除核燃料,从根本上改变了传统核电站必须定期停堆换料的运行模式。
连续四年的成功运行,让熔盐堆技术一时名声大噪,成为未来备受关注的明星。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第6张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第6张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203029171672662976425.png)
外部环境的急剧变化,很快就给熔盐堆蒙上了阴影。
第一,美苏冷战的全面升级,使原本用于民用的熔盐堆黯然失色。
因为基熔盐堆不仅不能直接生产武器级核材料,还会消耗现有的铀、铀资源,这与美国对核武库的冷战逻辑的疯狂扩张背道而驰。
伴随着洲际导弹、潜射导弹等武器的迅速发展,携带核反应堆的轰炸机构也失去了军事价值。
美国空军决定砍掉ARE项目,转向更先进的核动力航天飞机。
失去军方支持的熔盐堆顿时陷入"军转民"财务困境。
还有“先入为主”的问题。经过多年的发展,铀基固态燃料反应堆已经相对成熟。大型商用压水堆和沸水堆相继投入运营,逐渐引领民用核电市场。
相比之下,无论是技术进步还是经济性,还处于实验阶段的熔盐堆都难以赶上。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第7张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第7张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203029171672662994229.png)
再加上20世纪70年代的石油危机,各国都在收缩研发预算,昂贵的新概念反应堆自然首当其冲。
一九七三年,美国原子能委员会作出决定,停止MSRE的后续研究计划,将资源集中到铀基反应堆的工程化和工业化。
一九七六年,美国能源研发署(现能源部)正式下令,停止所有熔盐堆工程。
同时,虽然苏联也进行了一些基熔盐堆的概念设计,但在切尔诺贝利事故发生后,几乎所有先进的反应堆研究都被"腰斩"。
就这样,曾经备受青睐的基熔盐堆,几乎一夜之间就沦为"弃儿"。
随着ARE、随着MSRE的关闭,大量从事熔盐堆研究的科学家也纷纷转行,大量的技术细节和经验教训被封存,整个领域陷入"。;休眠"。
这一状态一直持续到20世纪末,熔盐堆才再次进入人们的视野。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第8张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第8张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203029171672662959157.png)
事实上,美国放弃基熔盐堆的决定,更多的是出于政治和经济上的短视,而非技术路线本身。
事后看来,这无疑是一个重大的战略失误。
如果美国能坚持研究开发,并在上个世纪末实现商业化,那么全球能源格局就会发生根本性的变化。
然而,美国的错误,正好给了后来者一个机会。
进入21世纪,在气候变化、能源安全等问题的压力下,人们不得不重新思考核能未来的出路。
第四代核电系统国际论坛于2000年成立。(GIF),提出了六种先进的核能系统方案,大大提高了安全性、经济性和可持续性。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第9张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第9张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203030171672663025525.png)
其中,熔盐堆以其固有的安全性、高资源利用率、产品灵活性等优点,再次引起广泛关注。
事实上,我们国家在20世纪70年代就开始探索熔盐堆。
一九七○年二月,中国"728工程"正式设立项目,最初针对熔盐堆技术。
但是受当时工业基础的影响,最终不得不改为压水堆的开发,即后来的秦山一期工程。
然而,对基熔盐堆的研究和探索从未停止。
随着我国综合国力和科技实力的迅速提高,进入21世纪,基熔盐堆迎来了新的发展机遇。
中国科学院于2011年启动 "未来先进的核裂变能力"由上海应用物理研究所牵头实施的战略先导科技专项,基熔盐堆核能系统已成为六大方向之一。
经过五年多的研究,2016年底,中国TMSR团队成功通过了系统概念设计、关键技术验证等阶段评审,成为世界上第一支完成基熔盐堆系统方案论证的团队。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第10张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第10张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203030171672663038454.png)
为什么中国可以在熔盐堆技术上实现弯道超车?除了后期优势,我们还有几个独特的优势:一是我国资源储备丰富,为TMSR产业化奠定了资源基础;第二,我们采用了测试堆、示范堆、商业堆"。;三步走"渐进式发展战略,分散风险;第三,建立了一个分支机构 "产学研究使用"结合多学科人才队伍,现在有800多名专业技术人员;第四,坚持开放创新,与美国、欧洲等保持广泛的国际合作。
可说,中国正朝着基熔盐堆技术前进"领跑者"迈进。
2020年9月,随着甘肃武威2MW试验堆的建成,TMSR从图纸理论正式进入工程实践阶段,到去年更是获得了运营许可证。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第11张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第11张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203030171672663035978.png)
在接下来的三到五年里,我国有望初步形成一条覆盖材料、设备、系统的小型熔盐堆产业链。
此后,2030年、2035年前将建成10MW级工程示范堆和100MW级商业示范堆。
全国许多省份都在积极争取TMSR示范工程的实施。
TMSR当然要真正成为"未来能源"也有许多挑战。
工程化、工业化还有很长的路要走。
例如高温熔盐对材料的腐蚀问题,如系统的长期安全性测试等,都需要不断的攻关。
此外,面对新技术大规模应用带来的风险,我们还需要进行更多的公众沟通,消除公众对核能的怀疑。
![武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第12张 武威是第四代“反应堆”,当年美国放弃的技术由中国实现。 第12张](https://www.yuneu.com/zb_users/upload/2024/05/20240526203030171672663055296.png)
参考资料
报纸,独立的第四代先进核能研发迎接重要节点:甘肃省熔盐实验堆获运营许可证
光明网,国产“超级充电宝”有多硬核?第四代核电技术公布
发表评论