转：工业文明的希望——钍基熔盐堆核能系创新中心成立

来源：百度文库编辑：超级军网时间：2024/04/28 14:57:14

1月21日，“中国科学院钍基熔盐堆核能系统卓越创新中心”（TMSR卓越中心）在上海应用物理研究所成立。中科院副院长阴和俊、中科院上海分院院长江绵恒为中心揭牌。

　　据了解，TMSR卓越中心致力于研究和发展第四代裂变核能系统—钍基熔盐堆核能系统的相关科学与技术，并在国际上首先实现钍基熔盐堆的工业化应用，目标是在十年内成为拥有国际最先进、最完备实验设施和条件，以工业应用为目标的世界级钍基熔盐堆核能系统研究中心，成为国际上钍基熔盐堆核能系统相关领域系统科学知识、成套关键技术和科学技术骨干的主要来源之一。

　　TMSR卓越中心依托上海应用物理研究所、上海科技大学、上海有机化学研究所、上海高等研究院、金属研究所、长春应用化学研究所、上海硅酸盐研究所等单位共同参与建设。

http://www.shanghai.gov.cn/shang ... 06/u21ai837549.html

海洋中拥有ppm：9.2的钍元素，一旦钍反应堆反正成功，人类在一万年之内就不缺乏燃料来源了。这对高度依赖日益减少的化石燃料的工业文明来说是一个福音。

  钍基熔盐堆：
与目前广泛投入商业应用的二代与二代改进型核电站不同，钍基熔盐反应堆属于第四代核反应堆，其在工作原理与安全性能方面，有着卓越的优势。传统的反应堆，大多需要在高压下进行工作，而钍基熔盐反应堆只需在常压下，即可进行工作。不仅如此，钍基熔盐反应堆采用的是高温保护，具有较高的热点转换效率，可在几千度的高温下运行。当内部温度超过预定值，堆底部的冷冻塞会自动熔化，使得携带核燃料的冷却剂（氟化盐）会全部流入应急储存罐，反应堆会自动关闭，核反应也会即刻终止，从而避免如福岛核电站一般，在高温下发生爆炸的可能。
   除此之外，中国选择钍基熔盐反应堆另一个重要原因，是中国在钍资源储量上的优势。统计资料显示，钍的储量目前已探明在地壳中是铀的3-4倍。中国铀储量很有限，且多是贫铀矿，但是钍的储量却极为丰富，约为铀储量的6倍，已探明的钍工业储量为286335吨，分布在20多个省和地区，其中包钢旗下的白云鄂博西矿是世界上存储金属钍最大的矿产之一。
与铀相比，除了储量上的优势，钍在能源利用与废料处理方面，亦有着无可比拟的优势。相关研究表明，1吨钍裂变产生的能量相当于200吨铀裂变的能量，而作为高效能源，钍作为核能燃料不需要像铀一般先进行高浓缩。在核废料处理方面，铀能系统会产生大量具有核辐射危害的钚，而钍能核电系统则只会产生极少量的钚，相较之下，在确保核不扩散方面，钍能系统更具有保障性。钍产生的放射性废料比铀少50%，钍废弃物放射性毒性周期不到200年，相比之下更容易处理

1月21日，“中国科学院钍基熔盐堆核能系统卓越创新中心”（TMSR卓越中心）在上海应用物理研究所成立。中科院副院长阴和俊、中科院上海分院院长江绵恒为中心揭牌。

　　据了解，TMSR卓越中心致力于研究和发展第四代裂变核能系统—钍基熔盐堆核能系统的相关科学与技术，并在国际上首先实现钍基熔盐堆的工业化应用，目标是在十年内成为拥有国际最先进、最完备实验设施和条件，以工业应用为目标的世界级钍基熔盐堆核能系统研究中心，成为国际上钍基熔盐堆核能系统相关领域系统科学知识、成套关键技术和科学技术骨干的主要来源之一。

　　TMSR卓越中心依托上海应用物理研究所、上海科技大学、上海有机化学研究所、上海高等研究院、金属研究所、长春应用化学研究所、上海硅酸盐研究所等单位共同参与建设。

http://www.shanghai.gov.cn/shang ... 06/u21ai837549.html

海洋中拥有ppm：9.2的钍元素，一旦钍反应堆反正成功，人类在一万年之内就不缺乏燃料来源了。这对高度依赖日益减少的化石燃料的工业文明来说是一个福音。

  钍基熔盐堆：
与目前广泛投入商业应用的二代与二代改进型核电站不同，钍基熔盐反应堆属于第四代核反应堆，其在工作原理与安全性能方面，有着卓越的优势。传统的反应堆，大多需要在高压下进行工作，而钍基熔盐反应堆只需在常压下，即可进行工作。不仅如此，钍基熔盐反应堆采用的是高温保护，具有较高的热点转换效率，可在几千度的高温下运行。当内部温度超过预定值，堆底部的冷冻塞会自动熔化，使得携带核燃料的冷却剂（氟化盐）会全部流入应急储存罐，反应堆会自动关闭，核反应也会即刻终止，从而避免如福岛核电站一般，在高温下发生爆炸的可能。
   除此之外，中国选择钍基熔盐反应堆另一个重要原因，是中国在钍资源储量上的优势。统计资料显示，钍的储量目前已探明在地壳中是铀的3-4倍。中国铀储量很有限，且多是贫铀矿，但是钍的储量却极为丰富，约为铀储量的6倍，已探明的钍工业储量为286335吨，分布在20多个省和地区，其中包钢旗下的白云鄂博西矿是世界上存储金属钍最大的矿产之一。
与铀相比，除了储量上的优势，钍在能源利用与废料处理方面，亦有着无可比拟的优势。相关研究表明，1吨钍裂变产生的能量相当于200吨铀裂变的能量，而作为高效能源，钍作为核能燃料不需要像铀一般先进行高浓缩。在核废料处理方面，铀能系统会产生大量具有核辐射危害的钚，而钍能核电系统则只会产生极少量的钚，相较之下，在确保核不扩散方面，钍能系统更具有保障性。钍产生的放射性废料比铀少50%，钍废弃物放射性毒性周期不到200年，相比之下更容易处理

江绵恒是谁

大朋友1978 发表于 2014-2-20 21:20
江绵恒是谁
就是不告诉你

有点意思啊~

@huor @superdirex

不太清楚，只能从wiki上摘抄：
在球床反应堆如THTR-300中钍可以用来制作铀同位素233：通过中子射击钍232可以变成钍233，后者通过镤233衰变为铀233。铀的这个同位素可以裂变，当作核电站的燃料使用。由于钍比铀常见得多，因此假如未来铀矿逐渐消耗的话钍可能成为重要的能源来源。今天要经济地使用这个工艺还需要解决许多技术和安全问题。
比起铀235和钚239来钍有一个重要的优点：它每吸收一个中子的产量高。它的生产效率比目前使用的铀238和镤239还要高。
这个技术价格高的原因之一是因为产生的铀233中掺有半衰期很短的铀232，使得它的放射性非常高。此外在回收钍的时候也有类似的毛病，因为其中掺有放射性高的釷228。除此之外生产铀233有导致核武器扩散的危险。
1960年代里美国橡树岭国家实验室是最早试验钍循环的实验室之一。他们制造了一座熔盐反应堆来试验这个技术的可行性。由于缺少经费这个项目于1976年停止。
印度拥有大量的钍矿，因此计划在未来完全仅依靠钍作为其核燃料，将铀完全排挤掉。这个雄心勃勃的计划包括快中子和热中子增殖反应堆。
2007年挪威考虑是否将精力集中在钍循环上。

】
据世界核新闻网2013年6月21日报道，挪威哈尔登（Halden）研究用反应堆日前正在进行钍燃料试验。试验燃料于4月的最后一周装入，标志着钍燃料在核反应堆内实体模拟运行试验的开端。
试验由挪威Thor能源公司牵头，将为验证该新型核燃料可以用于现有商业反应堆提供独特信息。
钍燃料呈芯块状，由高浓度的氧化钍陶瓷基组成，其中含有10%充分混合的氧化钚作为裂变驱动因子。钍燃料也是混合氧化物（MOX）燃料的一种，因此对于核行业并不陌生，但与世界上某些现有反应堆使用的铀混合氧化物燃料相比，钍混合氧化物燃料具有一定的优势。因其导热系数和熔点更高，钍燃料能确保更高的运行安全裕度，并且在运行过程中不会生成新的钚元素。Thor能源公司因此指出，钍混合氧化物燃料为降低民用和军用钚存量提供了一项新的选择。
公司CEO Oystein Asphjell称，该试验标志着“一个新时代的开端---不仅仅对我们公司和我们的合作伙伴而言，对于整个核电行业来说也是一次质的飞跃。”

转个

好象没有说明其缺点，只所以现在大量使用铀而不是其它，估计铀还是具有大的优势，不然说不过去。

大朋友1978 发表于 2014-2-20 21:20
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这是明知故问么

这事说不好，隔行如隔山。
钍燃料就是湿的木柴，要烧成木炭来使用，确实不大容易，对火力要求很高，目前资源供需环境和技术条件下是相当不经济的。
不过这并不影响对钍燃料的开发使用，技术就是这么点滴沉淀积累起来的，国内对这方面的热情还是比较高的，前景摆在那里，实现的道路是走出来的。
其核心和快中子堆有些类似，就是增殖比例，这个过程会比较漫长，大家对钍燃料的特性还在摸索和了解之中，要实现大规模商业运用需要时间。
至于具体的工程实施上，燃料特性、堆芯设计，以及材料、设备都是绕不过去的坎，控制技术和在线后处理技术同样具有相当挑战，走着瞧吧。

376 发表于 2014-2-24 10:52
好象没有说明其缺点，只所以现在大量使用铀而不是其它，估计铀还是具有大的优势，不然说不过去。
文章就是这个德行，由钍增殖铀233，和由铀238增殖钚239，本质上是一样的，一种新的尝试。
钍的资源量确实不小，但库存的贫铀也同样不小，而在使用经验上会更丰富一些。

376 发表于 2014-2-24 10:52
好象没有说明其缺点，只所以现在大量使用铀而不是其它，估计铀还是具有大的优势，不然说不过去。
钍基反应堆的一个致命缺陷是，钍232本身不能裂变，必须要吸收一个中子，转变为钍233，钍233又经过β衰变转变为镤233，镤233再经过一次β衰变，才能转变为可裂变的铀233

而镤233转变为铀233的半衰期长达27天，若要保证大部分的鏷转变为铀，则至少需要半年时间，这么长的时间足以让反应堆内的鏷233吸收中子生成鏷234，如此一来就无法得到裂变燃料铀233，因此必须及时地把镤233提取出来，也就是所谓的在线处理，然而其中有很大的技术障碍

转个科普的：1954 年催生了军用空间核动力实验熔盐堆（Aircraft Reactor Experiment，ARE）这个优雅的设计。1965 年，橡树岭在ARE 的基础上进行了革命性的改进，建成了熔盐实验堆（Molten-Salt Reactor Experiment，MSRE）。实验证明反应堆的建造是成功的。虽然作为容器的特镍合金表面存在辐照损伤的问题，但这个反应堆还是运行了5 年之久。随着1970 年单回路系统熔盐堆型的设计出炉，熔盐堆进入了成熟的发展期。

回顾20 世纪七十年代的美国，在以橡树岭为首的核科学界，一场决定核能方向的争论正在进行。那是一个群星璀璨的年代，石墨水冷堆、高温气冷堆、熔盐堆、压水堆、沸水堆等各种堆型纷纷出炉，到底哪个堆型的设计最优秀，最适合进行研究，专家们众说纷纭。大师都认为自己手上的技术是人类未来希望所在，热闹非凡的争辩场景堪比20世纪初交流电与直流电的纷争。橡树岭实验室主任阿尔文·温伯格（AlvinWeinberg）公然提出压水堆安全问题，受到原子能委员会的强烈谴责。虽然后来的切尔诺贝利和福岛事故说明，温伯格的判断不无道理，但在当时，他的观点并未受到足够重视。

1973 年，美国原子能委员会（AEC）突然宣布削减对熔盐堆的研发经费，这直接决定了此后四十年的核能发展导向。当时AEC 的依据是MSRE 运行期间出现了腐蚀问题。而实际上，虽然裂变产物碲和射线对特镍合金表面产生了伤害，但这些问题依靠修改特镍合金的成分几乎已经解决了。1973 年成为核工程时代的分水岭，大师们自此销声敛迹，核工程技术繁荣不再。

之后数年，人们对于AEC 为何放弃这样一个在核工艺上几近完美，只需进一步提高相关材料性能的堆型进行了许多猜测。有人认为这是对温伯格的又一次人身攻击，也有人认为这是核工程内部倾轧的结果——当时橡树岭是唯一研究熔盐堆的实验室，而研究钠冷快增殖堆的任务由多个国家实验室分担。如果进一步推进熔盐堆项目，可能会吸收钠冷快增殖堆的研究资金，这导致决策者作出放弃熔盐堆的决定。不过比较中肯的意见还是熔盐堆中生产的钚239 非常少，不能为核武提供有效的原料，这当然不符合冷战时期美国政府的口味。而另一个被核工程师普遍接受的说法是，因辐照下的维格尼效应，作为结构材料和慢化剂的石墨的使用寿命会受到一定影响。

美国的熔盐堆开发最早是只有1000个小时寿命的ARE，计划用核动力飞机项目上，然后才是较为成功的MSRE，但是功率只有7.2MW，也没有后来在1000MWe功率示范堆MSBR中设想的增殖和在线燃料后处理功能。橡树岭提出MSBR的时候国会已经通过给钠冷快堆的拨款了（至1975年每年4亿刀），原子能委员会不愿意再承担一个几乎同样昂贵的项目，于是以某些MSRE中暴露的技术问题为理由给否决掉了。

熔盐堆的主要问题是材料，到目前，在强辐照和高温氟化物熔盐共同作用下也没有那种材料可以可靠地工作30年以上，某些概念设计里最多可以达到20多年。
熔盐堆材料的主要问题有这么几个：一是氚的存在带来的问题，包括氟化氢腐蚀、氚泄漏和石墨老化，这个目前的解决方案也不是很彻底，通过鼓泡用氢交换氚，二回路氟化钠中加用氟硼酸钠吸收氚，采用阻氚涂层等等；二是碲带来的金属裂纹，通过铍还原在燃料中保持约2%的UF3，使燃料处于还原态；三是氦脆，合金中添加细小的晶粒碳化沉积物（在Hastelloy-N中增加示踪级的钛），可以稳定住氦，避免其迁移至晶界；四贵金属产物析出在金属结构材料表面，增加辐射剂量，损坏材料性能，这个主要是指望碳碳复合材料。

按照AGR的经验，维格纳效应（石墨潜能释放效应）在较高温反应堆堆（>400℃）中的问题并不影响石墨的应用，但是石墨仍然会肿胀和形变，棱柱高温气冷堆的一个麻烦就是这个，但是在熔盐堆中氚的存在会加速这一过程。

熔盐的处理，分离和再生技术是提高熔盐堆增殖性能的关键，不过某些设计里头通过分区的方法去除了在线燃料处理的要求，或者不再分离Pa233（最早的概念设计使用熔融的金属铋萃取，很复杂），而是通过调整燃料慢化剂比展平功率密度、增加增殖层，来减少Pa233的效应，不过组分的化学与控制依然是难点之一。如果分离Pa233，液体熔盐堆的防核扩散性能没有宣传的那么好，英国有科学家曾经指出，如果在线多次分离Pa233，可以得到武器级的U233（几乎不含U232及其衰变子体），性能仅仅略逊于钚239。

由于同时作为燃料和冷却剂的液态熔盐堆的种种困难，70年代以后有将高温气冷堆的TRISO燃料和氟化物熔盐冷却剂结合起来的设想，目前国内的钍基熔盐堆的第一步也是这种方案。

文章就是这个德行，由钍增殖铀233，和由铀238增殖钚239，本质上是一样的，一种新的尝试。
钍的资源量确 ...
这里要请人们高度注意：核科学家说的是，如果只建造装机为0.5亿千瓦的核电站，我国天然铀资源可支撑到3000年。但如果我国电力工业需要10～15亿千瓦的装机，那就只能支撑100～150年了。

所以说长远来看要想真正替代化石燃料还要靠钍反应堆或者聚变堆，而不是快堆。快堆只是一个过度。

cl4876 发表于 2014-2-26 22:46
这里要请人们高度注意：核科学家说的是，如果只建造装机为0.5亿千瓦的核电站，我国天然铀资源可支撑到300 ...
这些数字看看就好，那个3000年也好，100--150年也罢。
要是真能靠已知铀资源保证100年的电力供应，已经十分超出预期了，这个还是建立在快堆技术得到突破和广泛应用的基础上。
如果真是这样，那铀资源反而不是问题了，超低品位的铀资源，甚至海水中的铀资源都有了回收价值，也不需要去担心铀资源的问题了。

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