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美國的科研成就是現(xiàn)代全球科研界最閃耀的新星，他們?cè)诙鄠€(gè)領(lǐng)域達(dá)成了驚世駭俗的成就。但有一項(xiàng)技術(shù)，卻是美國親自研發(fā)出來后，又主動(dòng)將其丟棄，如今卻在中國手上被發(fā)揚(yáng)光大。

它就是釷基熔鹽堆技術(shù)，又被譽(yù)為核能領(lǐng)域的創(chuàng)新之星。半個(gè)世紀(jì)前，美國因該技術(shù)路線過于復(fù)雜而宣布半途而廢。但在前不久，中國甘肅武威市一座代號(hào)為TMSR-LF1的釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆卻做到了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

這座2兆瓦熱功率的液態(tài)燃料反應(yīng)堆是全球唯一建成運(yùn)行的第四代核能系統(tǒng)，它不僅標(biāo)志著中國第四代核能技術(shù)正式處于全球引領(lǐng)地位，更將為中國未來的社會(huì)民生和軍事國防帶來翻天覆地的改變！

中國第四代核能技術(shù)

人類對(duì)釷基熔鹽堆的研究始于上世紀(jì)六十年代，美國人發(fā)現(xiàn)釷相較于傳統(tǒng)鈾具有儲(chǔ)量更豐富、提取更便捷、廢料產(chǎn)生量更低等諸多優(yōu)點(diǎn)。在特定環(huán)境下，釷元素還能轉(zhuǎn)化為鈾255高裂變材料，可謂用途寬泛且安全性更高。

但隨著研究深入，美國人很快發(fā)現(xiàn)釷基熔鹽堆技術(shù)路線存在一個(gè)天然缺陷，它雖然能提供龐大的電力，卻沒有辦法直接應(yīng)用于核武制造。在六十年代的冷戰(zhàn)背景下，軍事競(jìng)賽才是美蘇之間技術(shù)發(fā)展的主基調(diào)，兩國的每一項(xiàng)科研成果都應(yīng)率先為軍事服務(wù)。

既然釷基熔鹽堆無法與軍事對(duì)接，美國在詳細(xì)計(jì)算該項(xiàng)目的一系列成本后，最終也是決定終止該項(xiàng)目，并封存了相關(guān)設(shè)備和數(shù)據(jù)。直到中國人重拾了釷基熔鹽堆技術(shù)，并徹底將其發(fā)揚(yáng)光大。

1970年中國政府提出728工程，選擇將釷基熔鹽堆作為民用核能發(fā)展的起點(diǎn)。與美國先進(jìn)完備的實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)比，中國核能工程的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境可謂簡陋至極。它坐落于低矮的灰磚平房中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備多是國產(chǎn)儀器改裝而來，化驗(yàn)桌上錯(cuò)落著各類玻璃燒瓶、測(cè)量裝置。

更艱難的問題是，熔巖實(shí)驗(yàn)所需的極端高溫環(huán)境當(dāng)時(shí)根本無法模擬。唯一的操作試驗(yàn)爐還是用各類建議材料拼接而成，國產(chǎn)耐火磚的極限耐受高溫勉勉強(qiáng)強(qiáng)才能達(dá)到試驗(yàn)需求，但穩(wěn)定性卻十分欠佳?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，每次試驗(yàn)結(jié)束后，大量材料都已經(jīng)被完全腐蝕，根本無法二次使用。

科研水平的窘迫一直持續(xù)到九十年代才徹底結(jié)束，團(tuán)隊(duì)開始嘗試通過鎳基合金材料來研發(fā)出能長期低于高溫環(huán)境的高性能合金。2011年中科院結(jié)合國家能源安全和發(fā)展需求，正式?jīng)Q定啟動(dòng)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)計(jì)劃，立志要在20年之內(nèi)，在全球范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)釷基熔鹽堆的實(shí)際應(yīng)用，并建立起相關(guān)產(chǎn)業(yè)與科研團(tuán)隊(duì)。

2017年中科院同甘肅武威市簽署戰(zhàn)略協(xié)議，要在民勤縣建設(shè)起一座釷基熔鹽堆。項(xiàng)目共分為兩期建設(shè)，于2018年9月正式動(dòng)工，總投資高達(dá)220億元。

與此同時(shí)，國家關(guān)于民用核能戰(zhàn)略的三步走計(jì)劃正在同步展開。從甘肅武威的2兆瓦熱功率反應(yīng)堆到10兆瓦研究堆，再到60兆瓦示范堆，最后建成百兆瓦級(jí)商業(yè)化反應(yīng)堆，這一切都要在2030年前全部完成！

2023年10月，民勤縣的2兆瓦釷基熔鹽堆第一次出現(xiàn)了臨界反應(yīng)，并于同年12月成功發(fā)電，次年6月實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。截止今年四月，該釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，是目前全球范圍內(nèi)唯一運(yùn)行的釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)。而中國也憑此走在了人類第四代核電技術(shù)的前列。

釷基熔鹽堆是國際公認(rèn)的四代核電技術(shù)代表路線，它相較于傳統(tǒng)裂變堆有眾多優(yōu)勢(shì)。鈾元素作為核裂變過程中的重要元素，自身本就存在三大弊端。第一是裂變不穩(wěn)定，終止后會(huì)造成大量熱能堆積，極易發(fā)生意外，比如福島核電站核泄漏。

第二是冷卻需要大量水資源，變相增加成本，這也是為何多數(shù)國家將核電站建在海邊的緣故。至于第三，那就是全球鈾資源，尤其是中國鈾資源都相當(dāng)匱乏。

全球釷資源大約是鈾的4倍左右，而中國釷資源又占到全球總儲(chǔ)量的60%左右。根據(jù)科學(xué)家推測(cè)，至少能持續(xù)使用2萬年之久，且免受地形與其他因素干擾，堪稱取之不盡、用之不竭。像內(nèi)蒙古白云鄂博礦的單座釷儲(chǔ)量，就足以供應(yīng)國內(nèi)用上千年之久。

反觀鈾資源呢，不僅儲(chǔ)量稀缺，且各國的進(jìn)出口渠道把控嚴(yán)格。這意味著如果某國家儲(chǔ)量陷入枯竭，是難以通過進(jìn)口來填補(bǔ)內(nèi)需的。再加上中國發(fā)展長期遭受美西方限制，想在核裂變技術(shù)路線獲得長期突破更是難如上青天。

熔鹽堆的安全優(yōu)勢(shì)是天生的，它將燃料和冷卻劑合二為一，無需傳統(tǒng)壓水堆的150大氣壓高壓環(huán)境，能咋7000℃下的常壓下運(yùn)行。傳統(tǒng)壓水堆如果面臨失壓，則會(huì)爆發(fā)熔堆事故，但釷基熔鹽堆就具備被動(dòng)安全屬性。出現(xiàn)故障后，熔鹽能依靠重力流入地下安全罐，衰變熱也能通過空氣自然消解，從根源上杜絕了熔堆風(fēng)險(xiǎn)。

絕對(duì)的安全性，代表釷基熔鹽堆能部署在我國內(nèi)陸地區(qū)，就比如上述的甘肅武威2兆瓦熔鹽堆，就位于戈壁荒漠之下。幽暗的地下環(huán)境如同為反應(yīng)堆套上金鐘罩，一能抵御惡劣自然環(huán)境侵襲，二能利用空曠地形實(shí)現(xiàn)安全隔離。

釷熔鹽堆的熱能轉(zhuǎn)換效率比鈾提升了15%，進(jìn)一步減少了能耗損失。它未來能廣泛用于電力生產(chǎn)、海水淡化，助力國家進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型。

更關(guān)鍵的是，它還具備小型化潛力，待技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化后，甚至有望建成集裝箱式移動(dòng)反應(yīng)堆，為國家月球基地、火星探測(cè)計(jì)劃提供幫助。此前中國船舶集團(tuán)發(fā)布的核動(dòng)力集裝箱船，據(jù)說就采用了熔鹽堆技術(shù)。

民用和國防

中國釷熔鹽堆的發(fā)展過于宏觀，相信對(duì)于廣大百姓來說，最關(guān)心的還是它能為日常生活帶來什么改變？就電費(fèi)而言，目前釷基熔鹽堆發(fā)電成本為每度0.1元，大約是煤電的1/3。規(guī)?；瘧?yīng)用后，其成本預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步下探到每度0.05元，綜合成本預(yù)測(cè)可達(dá)每度0.29元，相當(dāng)于直接便宜了60%。

這還是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，等到2030年全面商業(yè)化運(yùn)行后，其價(jià)格設(shè)定必然還會(huì)繼續(xù)降低。按照中國政策實(shí)行的電費(fèi)階梯制度，第一檔電費(fèi)價(jià)格是每度0.45元，具體能便宜多少大家能自行換算。

第二就是國防了，釷基熔鹽堆的小型化方案未來將成為海軍艦艇動(dòng)力方案的最佳理想選擇。我國目前已經(jīng)計(jì)劃將釷熔鹽堆搭載在集裝箱船，預(yù)計(jì)搭載在23萬噸船體上的熔鹽堆能提供8萬匹馬力，爆發(fā)出最大30節(jié)的航速。

商用船領(lǐng)域投用成功后，該技術(shù)日后必將用在航母、潛艇甚至是戰(zhàn)機(jī)方面，進(jìn)一步提升我國軍事設(shè)備的作戰(zhàn)半徑與續(xù)航力。

4月份舉行的中科院第十一期報(bào)國講壇上，中國釷基熔鹽堆系統(tǒng)負(fù)責(zé)人徐洪杰重講了龜兔賽跑的故事。他表示：盡管美國的核技術(shù)積累深厚豐富，但只要中國錨定目標(biāo)堅(jiān)持前行，就一定能找尋到趕超的良機(jī)。

而在看到中國釷基熔鹽堆領(lǐng)域的發(fā)展成就后，美國專家也由衷感慨道：當(dāng)年放棄該技術(shù)，完全是一個(gè)錯(cuò)誤。