我国抢先美国打造 “无限能源”,攻克世界级难题,储量满足中国 2 万年需求

 189     |      2025-11-25 00:29:21

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前言:

甘肃武威的荒漠上,熔盐的温度一直保持在700摄氏度左右。

这会儿,我国自己研制的钍基熔盐实验堆正在运转,累计发电量已经达到1200万千瓦时,这个数值足够一个中等规模的城市用上一个月了。

窗外黄沙飞扬,掠过反应堆的外壳,没有人会想到这片荒凉的土地深藏着能让中国用上两万年能源的秘密。

和老式核电站用的那种固体铀燃料不一样,这里的燃料是溶在氟化盐里的钍。

这种银色金属在自然界里其实并不算稀少,不过要把它变成稳定的能源,确实让世界各地的科学家折腾了超过五十年。

此刻在王磊眼前的管道中,橙红色的熔盐缓缓流淌着,里面每立方厘米都藏着数万亿个钍离子,在中子撞击下不断释放出能量。

要搞清楚这种能源的潜力,得先了解一下钍是个啥玩意儿。

这种元素比起铀来,算是更温和些,而且储量也不少。在我国内蒙古的稀土矿渣里,每吨就能提取出大约300克钍。

我国目前已确认的钍储量达到了140万吨,按现在的能耗水平来看,足够供14亿人使用大约2万年。

这点家底儿让咱中国在能源比拼中占尽先机,现在每开采1吨稀土矿,就能顺便搞到大概300克的钍,花费还不到开铀矿的十份之一。

靠着这个顺手捡来的资源优势,我国钍燃料的供给花费远比其他国家低得多。

不过,资源只是底子,真正头疼的事是怎么让钍持续燃烧。钍基熔盐堆的关键技艺在于保证高温熔盐在管道中平稳流动,不会腐蚀机器设备。

早在五十年代,美国就开始了熔盐堆方面的研究,不少试验都用氟化锂和氟化铍的混合盐作为媒介,验证了钍作为燃料的可行性。

不过到了1973年,美国出于对核武器用铀燃料的重视,把这个项目给停了,相关的设计图纸和资料也变成了公开的东西。

我们国家的研究其实也算早起步了,早在1971年,上海728工程的团队就曾经参考美国的图纸试着进行仿制,不过遇到了材料方面的难题。

那会儿用的不锈钢管子,在600度的熔盐里泡上三个月就会被腐蚀穿,搞到实验堆运行不到半年就得停下来整修。

到了2015年,转机终于出现了。中科院上海硅酸盐研究所的团队发现,往镍合金里加入铬、钼、钨这些元素,能生成一层紧密的氧化膜,这样一来,就能阻挡熔盐的腐蚀了。

他们在实验室里反复试验了上千次,把合金样品浸在700度的熔盐中,每天都测腐蚀速度。

一开始每天大约腐蚀1微米,后来降到0.01微米,就差不多五年才能腐蚀掉一张纸的厚度。

一种崭新的镍基合金就这样横空出世,结果管道的寿命一下子从3个月拉长到了30年,长得可真是让人惊叹。

材料问题搞定之后,接下来得面对的就是控温这块了。

钍基熔盐堆的反应温度得保持在600到700摄氏度之间,不能乱跑。

温度一旦太高,熔盐就会分解;要是太低,反应就会停下来,熔盐会自己流入应急罐,反应马上结束。这种安全措施,足够让它在荒漠里扎根。

跟老式核电站得用不少冷却水不一样,钍基熔盐堆靠空气流通就能跑起来,武威那台实验堆,除了几台散热风扇,没有看到啥冷却塔。

将来像这样的反应堆,完全可以放在西北的戈壁地区,直接给光伏电站输送稳定的电,保证供电更可靠。

白天靠光伏发电,到了晚上熔盐堆接力,搞起全天候不间断的绿色能源输送。

可是,钍矿的价值不仅仅局限于发电这块,用电解的方法分解还能产出氢气,一小时就能制造出100公斤氢气,动辄够30辆氢燃料卡车跑上一整天。

旁边的高温蒸汽每天能淡化大概2000吨海水,盐分结晶以后还能回收工业用盐,真是完全做到了零浪费。

今年六月的时候,中国科学院宣布,武威实验堆保持连续稳定的运行状态,成为全球唯一成功建成并在运作的第四代熔盐核能系统。

经过五十多年的技术难题攻关,西方的研究终于迎来了瓶颈,而这项突破首先由咱们中国拿下的。

这些成就让国际同行都惊呆了,曾经退休的美国工程师在一次学术会议上还说,中国的镍基合金技术竟然跨越了我们卡了30年的难关。

虽然美国能源部在2023年宣布要重新启动熔盐堆项目,不过他们的实验性反应堆还得等到2030年才能正式运转。

印度也在赶紧推进,采用固体燃料棒技术相比中国的液态熔盐路线,多了一步换燃料的流程,这让效率差不多降低了将近20%。

与此形成对比的是,我国已经建立了完整的体系,从钍矿提取、熔盐生产到废料处理都覆盖在内,这一点是其他国家在短时间内难以赶上的。

在白云鄂博矿区的尾矿库里,新的提取厂正在建设中,一旦投产,每年可以从矿渣中提取500吨钍,这量足够支撑10座百万千瓦级熔盐堆的运转。

到2030年实现并网发电之后,电费可能会下降到每度0.3元左右。

这套布局之所以如此安排,实际上体现了我们国家在清洁能源发展上的长远谋划。要知道,洁净能源尤其需要可靠的基荷电源来保障稳定供给,而钍基熔盐堆正好能填补这块短板。

它能连续运行十年都不用换料,输出的电力也很稳定,这样一来就能和那些变化大的可再生能源互补起来,效果挺不错。

控制室里的时钟指向傍晚,王磊站起身来查看反应堆的夜班记录,屏幕上的熔盐温度依旧稳稳地保持在700度,就像一颗在荒漠中跳动的心脏。

回想起五年前抵达这儿的时候,周围还是一片空地,如今天,已经吸引了来自二十多个国家的专家前来进行考察了。

他们总是好奇我们为什么能成功,王磊笑着说:大概是因为我们相信那条难走的路,走通了就变成了捷径。

这片荒漠中的银色建筑,正逐渐改变着能源的未来走向。

当别的国家还在为化石能源打得头破血流的时候,中国已经在钍基熔盐堆的研究上迈出了重要的一步。这不是终点,而是个崭新起点――

用无限能源守护这片蓝色星球的序幕已经拉开。

参考资料:

《钍基熔盐堆核能系统发展报告》(中国科学院,2023年)

《美国熔盐堆研究重启计划》(美国能源部,2023年)

《全球钍资源分布与开发》(国际原子能机构,2022年)

《武威钍基熔盐实验堆运行报告》(中核集团,2024年)

《新型镍基合金在熔盐环境中的腐蚀行为研究》(材料保护,2022年第5期)