在大西北的戈壁灘上，黃沙與藍(lán)天之間，一座看似普通的建筑正悄然運(yùn)轉(zhuǎn)。這里沒有高聳的煙囪，也聽不到機(jī)器的轟鳴，但卻是一場關(guān)乎國家能源未來的革命——全球首座實(shí)現(xiàn)釷燃料運(yùn)行的全新核能裝置，正在這里書寫著人類利用核能的新篇章。

這座核反應(yīng)裝置，它既不需要依海而建，也不會產(chǎn)生高壓爆炸風(fēng)險(xiǎn)，甚至能讓過去被視作“伴生廢料”的釷礦，變成可持續(xù)數(shù)千年的清潔能源。那么，這樣的裝置，究竟藏著怎樣的奧秘？它又將如何改變你我的生活？

新技術(shù)的奧秘

這座新型核反應(yīng)堆建在甘肅武威。和依賴鈾-235的傳統(tǒng)核電站不同，它所需的燃料是釷金屬。而我國的釷資源家底相對豐富，已知相關(guān)儲量約28萬噸，在全球名列前茅。

釷通常是稀土開采的副產(chǎn)品，過去常被當(dāng)作“廢料”處理。如今，這些“廢料”變成了寶藏，僅1噸釷裂變的能量，理論上就約等于350萬噸煤或200噸鈾，如此高的能量密度令人驚嘆。

釷基反應(yīng)堆的工作方式也是顛覆性的。傳統(tǒng)核電站使用的是固體的燃料棒，需要靠高壓水來冷卻和傳遞熱量。而釷基堆則是把核燃料釷直接溶解在高溫熔融的氟化鹽中，形成液態(tài)燃料。

這種液態(tài)燃料能在接近常壓的條件下循環(huán)流動，因此反應(yīng)堆不再需要承受上百個(gè)大氣壓的厚重壓力容器，整體結(jié)構(gòu)可以做得更輕巧。

最關(guān)鍵的是它的安全性。傳統(tǒng)核電站依賴復(fù)雜的主動安全系統(tǒng)，就好比一個(gè)高壓鍋要裝上好幾個(gè)安全閥；而釷基熔鹽堆則實(shí)現(xiàn)了核能專家一直追求的“固有安全”。

在熔鹽堆里，一旦溫度突破閾值，整套反應(yīng)就會自動減弱直至停止。工程師在堆底設(shè)計(jì)了一個(gè)“冷凍塞”，它由特殊鹽類制成，正常運(yùn)行時(shí)保持固態(tài)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)異常，冷凍塞就會自動熔化，攜帶核燃料的熔鹽將全部流入下方的應(yīng)急儲存罐。

當(dāng)熔鹽進(jìn)入應(yīng)急罐冷卻后會凝固，將放射物質(zhì)固化包裹其中，從而使整個(gè)反應(yīng)停止。整個(gè)過程依賴材料自身的物理屬性與自然規(guī)律運(yùn)作，無需外部供電或人員操作，這種內(nèi)在屬性從本質(zhì)上規(guī)避了堆芯溶解等重大風(fēng)險(xiǎn)。

從擱淺到領(lǐng)跑

上世紀(jì)中葉，美蘇冷戰(zhàn)正酣。當(dāng)時(shí)美國空軍啟動了一個(gè)大膽計(jì)劃——核動力轟炸機(jī)，夢想打造一種能夠持續(xù)翱翔、近乎永不降落的戰(zhàn)略武器。正是此背景下，釷基熔鹽堆技術(shù)首次登上歷史舞臺。

美國確實(shí)曾經(jīng)建成并且成功運(yùn)行了釷基燃料實(shí)驗(yàn)堆，證明了技術(shù)的可行性。但這個(gè)充滿想象力的計(jì)劃最終卻被擱置了。首要原因是戰(zhàn)略格局的改變：洲際導(dǎo)彈技術(shù)的迅猛發(fā)展，令所謂的核動力轟炸機(jī)失去了優(yōu)勢——導(dǎo)彈的打擊速度更快，也更難以攔截。

與此同時(shí)，技術(shù)本身也面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：熔鹽具有強(qiáng)腐蝕性，當(dāng)時(shí)的材料科技難以找到長期穩(wěn)定抗腐蝕且經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料。

時(shí)過境遷，這項(xiàng)技術(shù)在美國沉寂數(shù)十年后，中國卻看到了它巨大的潛力。我國是一個(gè)“貧鈾富釷”的國家，鈾資源相對有限，長期依賴進(jìn)口；而釷的儲量卻非常豐富，并且大多是稀土開采過程中的伴生產(chǎn)物，獲取成本較低。

與美國當(dāng)初專注于軍事用途不同，我國發(fā)展釷基堆有著清晰的民用目標(biāo)——服務(wù)于和平利用核能，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”愿景。其固有的安全特性，讓它特別適合在內(nèi)陸地區(qū)建設(shè)，從而打破核電站必須建在海邊的傳統(tǒng)限制。

經(jīng)過科研團(tuán)隊(duì)多年來的技術(shù)攻關(guān)，我國在新型耐腐蝕材料、關(guān)鍵設(shè)備制造等方面取得了重要突破，實(shí)驗(yàn)堆核心設(shè)備已實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化，供應(yīng)鏈完全自主可控，逐步解決了當(dāng)年困擾美國的技術(shù)難題。

能源格局重塑者

當(dāng)前在甘肅武威，那座2兆瓦級的釷基熔鹽堆，是全球唯一在役，并且完成釷燃料實(shí)堆運(yùn)行的裝置。

回顧其發(fā)展歷程，從2023年10月首次臨界，到2024年6月全功率運(yùn)行，再到今年11月1日成功完成釷鈾核燃料轉(zhuǎn)換。這些核心節(jié)點(diǎn)目標(biāo)順利推進(jìn)，標(biāo)志著我國在釷基堆研發(fā)“三步走”戰(zhàn)略中，邁出了關(guān)鍵一步。

按照科研人員穩(wěn)步推進(jìn)的規(guī)劃：當(dāng)前這座2兆瓦反應(yīng)堆，是為了初步驗(yàn)證核心技術(shù)路線；下一步將研制更大規(guī)模的，10兆瓦的新型試驗(yàn)堆，重點(diǎn)優(yōu)化整體的性能；而在2035年左右，將建成百兆瓦級的示范電站，為這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化鋪開打下基礎(chǔ)。

這次最值得關(guān)注的是，是在全球范圍內(nèi)第一次完成了釷燃料到鈾-233的轉(zhuǎn)換。簡單理解，就是我們讓釷元素在堆內(nèi)“變”成了能維持反應(yīng)的新燃料。這關(guān)鍵一步，從工程實(shí)踐上驗(yàn)證了使用釷資源發(fā)電的技術(shù)路線是走得通的。

由于采用熔鹽作為冷卻劑，這種反應(yīng)堆不需要依賴大量水資源進(jìn)行冷卻，因此非常適合在西部戈壁或內(nèi)陸地區(qū)建設(shè)。未來，核電有望深入能源消費(fèi)腹地，實(shí)現(xiàn)“就地發(fā)電、就地使用”，從而有望重塑我國現(xiàn)有的能源分布格局。

除了發(fā)電，釷基熔鹽堆還展現(xiàn)出作為“綜合能源樞紐”的潛力。它運(yùn)行溫度高達(dá)700℃左右，所產(chǎn)生的高溫?zé)崮苓€可用于制備“綠氫”。未來，這些核電與綠氫，還可以與周邊的風(fēng)電、光伏等可再生能源協(xié)同配合，構(gòu)建起一個(gè)多能互補(bǔ)的清潔能源體系。

結(jié)尾

這項(xiàng)曾一度擱淺的技術(shù)在我國科研人員手中重獲新生，不僅讓我們在核能賽道上實(shí)現(xiàn)了"換道超車"，更重要的是，它正在為我們打開一扇通往能源自主的大門。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)成功到大規(guī)模應(yīng)用，路還很長。但這一步的突破，意味著我們正將曾經(jīng)的“資源短板”變?yōu)椤皯?zhàn)略優(yōu)勢”，把看似無用的伴生礦變成支撐綠色未來的寶貴財(cái)富。一個(gè)更清潔、更安全的能源未來，正因此變得觸手可及。