釷在核能中的長期潛力

2021 年8 月，中國宣布建成第一座實(shí)驗(yàn)性釷基核反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆建在中國北方的戈壁沙漠中，未來幾年將對(duì)其進(jìn)行測試。如果實(shí)驗(yàn)證明成功，北京將計(jì)劃建造另一座能夠?yàn)?0 多萬個(gè)家庭供電的反應(yīng)堆。

中國并非唯一打算利用釷的國家。過去，印度、日本、俄羅斯、英國、美國和其他國家都曾對(duì)研究釷在核能中的可能應(yīng)用表現(xiàn)出熱情。這種金屬的吸引力在于它更加豐富和高效，可能成為主要核燃料鈾的替代品。

什么是釷？釷是一種銀色、帶放射性的金屬，通常存在于火成巖和重礦砂中。它是以北歐神話中的雷神托爾命名的。在自然界中，它比鈾含量上高出3～4 倍，但在歷史上很少用于工業(yè)或發(fā)電。這部分是因?yàn)殁Q本身不是一種核燃料，但它可以用來變化制造核燃料。作為唯一天然存在的釷同位素，釷-232 是一種可裂變材料，而不是易裂變材料，這意味著它需要高能中子進(jìn)行裂變———原子核分裂，釋放出用于發(fā)電的能量。然而，當(dāng)受到中子輻照時(shí)，釷-232 會(huì)發(fā)生一系列的核反應(yīng)，最終形成鈾-233 這種可作為燃料在核反應(yīng)堆燃燒的易裂變材料。

釷能提供什么？與傳統(tǒng)的核燃料鈾-235 相比，釷擁有若干優(yōu)勢。釷作為水冷堆或熔鹽堆燃料能產(chǎn)生比它所消耗的更多的易裂變材料（鈾-233）。據(jù)估計(jì)，地球上層地殼平均含有 10. 5 ppm 的釷，而鈾的含量約為3 ppm。國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）核燃料循環(huán)設(shè)施專家Kailash Agarwal 說，“由于釷的豐富性及其易裂變材料增殖能力，它有可能為人類的能源需求提供一個(gè)長期解決方案”。另一個(gè)優(yōu)勢是，釷燃料反應(yīng)堆可能比鈾燃料反應(yīng)堆更加環(huán)保。除了這些釷反應(yīng)堆以及核電一般在運(yùn)行中不排放溫室氣體之外，它們還比現(xiàn)在的鈾燃料反應(yīng)堆產(chǎn)生更少的長壽命核廢物。

并非沒有挑戰(zhàn)然而，存在著一些使釷的部署具有挑戰(zhàn)性的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)障礙。盡管這種金屬很豐富，但目前提取的成本很高。

國際原子能機(jī)構(gòu)鈾資源專家Mark Mihalasky 說，“作為稀土元素的一個(gè)主要來源的獨(dú)居石礦也是釷的一個(gè)主要來源。

如果不是目前對(duì)稀土元素的需求，就不會(huì)單單為了釷含量而開采獨(dú)居石。釷是一種副產(chǎn)品，提取釷需要的方法比提取鈾的成本要高。因此，就目前情況而言，能夠以具有成本效益的方式從地下挖出的釷的數(shù)量并不像鈾那樣多。然而，如果對(duì)釷及其在核能中的應(yīng)用有更高的需求，這種情況可能會(huì)改變?！?/p>

同樣昂貴的是釷動(dòng)力核裝置的研究、開發(fā)和測試，因?yàn)槿狈﹃P(guān)于釷的重要經(jīng)驗(yàn)，而鈾在核能中具有歷史優(yōu)勢地位。國際原子能機(jī)構(gòu)燃料工程和燃料循環(huán)設(shè)施技術(shù)負(fù)責(zé)人Anzhelika Khaperskaia 說，“釷的另一個(gè)障礙是它可能難以處理?！弊鳛橐环N能增殖但非易裂變材料，釷需要一個(gè)激勵(lì)物，如鈾或钚，來觸發(fā)和維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

國際原子能機(jī)構(gòu)的一位科長Clément Hill 總結(jié)說，“為了滿足日益增長的能源需求和實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)，世界正在尋找可持續(xù)和可靠的替代能源技術(shù)。釷可能成為其中之一。我們將繼續(xù)進(jìn)行研究，為那些有志于釷工作者提供可信和基于科學(xué)的成果?！?/p>

你想知道更多有關(guān)使用釷的挑戰(zhàn)嗎？國際原子能機(jī)構(gòu)的一本新出版物《釷基核能部署的近期和有發(fā)展前景的長遠(yuǎn)方案》全面總結(jié)了一個(gè)為期4 年的國際原子能機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目的成果，該項(xiàng)目側(cè)重于發(fā)展釷基核能的可能性。該出版物審視了使用釷作為燃料的好處和挑戰(zhàn)，并分析了其在從最常部署的水冷堆到熔鹽堆等不同類型反應(yīng)堆中的應(yīng)用。

（來源：IAEA 網(wǎng)站）