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未来核电站 安全“不挑食”

——听“钍基熔盐堆项目”负责人徐洪杰解读新一代核电技术
日期:2011-01-26 作者:许琦敏 来源:文汇报
                     
    本报记者  许琦敏
    
    钍基熔盐堆,这个听起来让人如坠云中的专业名词,可能在三四十年后,成为我国能源供应的一大支柱。
    
    昨天,作为中国科学院首批启动的战略性先导科技专项之一,“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”项目正式启动。其科学目标是用20年左右时间,研发出新一代核能系统,所有技术均达到中试水平并拥有全部知识产权。
    
    几十年后,核电站也许将能够遍布我国领土,甚至就在大城市的四周——说不定,自家小区不远的地下就有一个核电站。它会对我们的生活产生什么样的影响?它安全吗?本报记者独家采访了该项目负责人、中科院上海应用物理研究所徐洪杰研究员,对这个未来的核电站进行一番初探。
    
40年,将翻20倍
    
    化石能源即将枯竭,太阳能、风能不够稳定,水能开发已过极限……中国未来的能源支柱何在?核能,似乎是一个靠谱的选择:能量密度高、低碳排放、潜在的可持续发展。
    
    “2005年,我国GDP总和为18.23万亿元,一次能源总耗量为22.3亿吨标准煤。如今,我国已成为温室气体排放的大国,再过三四十年,我国GDP总量可能达到117万亿元,相应能源需求将增加多少?”徐洪杰说,发展需要更多能源,同时温室气体排放不仅不能增加,还要减少,真好比“又要马儿跑,又要马儿不吃草”——但核能可以做到。以现有的核电技术而言,1千克铀所放出的热量为196亿千卡,而1千克标准煤只能放出7000千卡热量。
    
    因此,在全球气候变化的节骨眼上,节能减排、低碳经济正促使核能在全球复兴。据国际能源机构(IEA)预测,至2050年,全球核电装机容量将达到1200-1700GWe(百万千瓦)。目前,我国核电仅占总能耗不足2%,根据国家发改委发布的核电中长期发展规划,到2020年我国核电运行装机容量将达到40GWe,2050年则可能提高到260GWe及以上。
    
    这意味着,未来40年,我国的核能应用将翻20倍!
    
造好炉子,把“煤”烧净
    
    众所周知,现在的核能系统——热中子反应堆以铀-235为燃料,然而铀-235在自然界中的含量非常小。按照目前估计的裂变核能发展趋势,地球上的陆基铀-235的储量将与化石能源同时枯竭。那可怎么办?“我们需要一个更好的炉子,可以烧更多的核燃料。”徐洪杰说,这就是人类为何要研发新的核能系统。
    
    他打了一个比方,上世纪四五十年代,很多孩子会沿铁路捡煤渣,因为那时候锅炉燃烧技术不够好,煤烧不尽,捡回家还能生炉子。“目前最常用的核反应堆,就好比是一个不够完善的炉子,只烧了很少一部分最优质的燃料,而留下了大量的‘煤渣’。”徐洪杰所担纲的这个项目,就是要造一个新的炉子,不仅可以让现在的核废料焕发“第二春”,还能使用潜在的核资源钍-232——我国是钍资源大国,若能将钍用于核能,可保我国能源供应千年无忧。
    
    中国选择了熔盐堆作为突破方向。“熔盐堆使用熔融状态的氟化盐携带着核燃料——有点类似地壳里的岩浆,在‘炉子’中燃烧,不断输出巨大的能量。”徐洪杰说,作为国际第四代反应堆核能系统研究的六种候选堆型中唯一的液态燃料堆,它具有结构简单、可以在常压下运行、燃料“杂食性”强等优点。“新炉子”可以做得非常小巧,封入一定的核燃料就能稳定运行几十年,而经过充分燃烧,理论上其产生的核废料将仅为现有技术的千分之一。
    
    由于全球新一代核反应堆尚处于研发中,因此我国自主研发钍基熔盐堆,将可能获得全部自主知识产权。这将使中国把能源的命脉紧紧把握在自己手中。
    
让“核”不再咄咄逼人
    
    过去,人们总是谈“核”色变。投向广岛的原子弹、切尔诺贝利核电站爆炸,都像挥之不去的噩梦留在人类的历史上。但新一代核能将带着绿色、和平的印记,带人类走入新纪元。
    
    传统反应堆所产生的核废料中,有大量的易于生产核武器的核燃料钚-239,这使得核能的和平利用有了核武器扩散的风险。而“新炉子”燃烧钍-232产生核燃料铀-233的同时还伴生杂质铀-232,这使得钍-铀核燃料被国际公认为不适合发展核武器。
    
    此外,“新炉子”在常压下运行,而非如传统反应堆在高压下工作,操作简单安全。“当炉内温度超过预定值时,设在底部的冷冻塞会自动熔化,携带核燃料的熔盐全部流入应急储存罐,核反应即终止。”徐洪杰告诉记者,由于冷却剂是氟化盐(同时携带燃料),冷却后就变成了固态盐,这使得核燃料既不容易泄露,也不会与地下水发生作用而造成生态灾害。这也使得新一代反应堆的选址将更加自由:它可建于几十米深的地下,既可完全隔绝射线,又可防止敌人的武器攻击;它既可建于大城市中,也可工作于荒郊野外,为偏远山村送去恒久的电力……
    
    前景虽然美妙,但科学家还有很多难题需要攻克。从世界上第一座反应堆试验成功,到核电站的商业推广,经历了近20年的时间;而到目前主流核电站技术的成熟,又经过了20多年的发展。“新一代反应堆真正实现推广使用,可能还需要20-30年的时间。”

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