根据中科院制定的核能中长期发展路线图,我国在钍基核能系统方面计划采取三步走:到2015年,重点加强基础研究和技术研究钍铀循环和熔盐反应堆技术; 2020年、2030年左右,力争建成10兆瓦钍基熔盐原型堆和100兆瓦示范堆;最终将进入商业使用阶段,预计在2040年左右。与铀在进入反应堆之前必须进行高度浓缩不同,钍可以直接用作核燃料。
当前的核能系统——热中子反应堆使用铀235作为燃料。然而,自然界中铀的含量仅为3ppm左右,可用作燃料的铀235含量还不到铀同位素的1%。与传统铀反应堆产生的核废料中含有大量易于生产核武器的核燃料钚239相比,钍铀核燃料不适合生产武器级核燃料,只能用于生产产生核能,可以避免核能利用过程中核武器扩散的风险。钍精矿再采用溶剂萃取或草酸盐沉淀进一步精制,得到纯度大于99%的硝酸钍或草酸钍等产品。
事实上,我认为中国正在大力发展钍基核反应堆,因为核电站使用的原材料是铀,而中国本来就缺乏铀矿石,依赖进口。苛性碱对钍没有作用。钍不溶于稀酸和氢氟酸,但溶于发烟盐酸、硫酸和王水。硝酸可以钝化钍。理论上,钍基熔盐堆技术释放的热量是现有反应堆的数倍,而且中国的钍原料非常丰富。专家认为,我国钍原料储量至少可以跻身世界前三。中国科学院金属研究所高级工程师董家胜表示,传统固态反应堆的缺点在于反应堆反应的复杂性。
当熔盐堆内熔盐温度超过预定值时,底部的冻结塞会自动融化,携带核燃料的熔盐全部流入应急储存罐,终止核反应。钍的诸多优点是取代铀作为核燃料的重要原因,也是中科院最终选择钍基熔盐堆核能系统(TMSR)作为首批战略试点项目之一的原因。从过去的情况来看,每一代核反应堆从实验室研究到进入中试阶段,再到核电站的商业运行阶段,都需要20到30年甚至更长的时间。
硝酸钍或草酸钍主要用于生产氧化钍或氟化钍,也用作生产金属钍的原料。与目前主流核电技术——第三代反应堆相比,第四代反应堆包括核燃料处理技术、反应堆技术和核废料处理技术,因此被称为核能系统。据报道,目前世界各地运行的绝大多数核反应堆都是热反应堆,利用热中子引发裂变反应。更详细的钍基熔盐堆系统设计请前往我的专栏文章:【前沿-反应堆设计】钍基熔盐堆设计,链接如下:
钍及其子体,除新钍I(228Ra,符号MsThI)和放射性钍(228Th,符号RdTh)外,几周后即可达到辐射平衡,并衰变成稳定的208Pb(铅)。徐洪杰表示,作为国际第四代堆核能系统研究的六种候选堆型中唯一的液体燃料堆,具有结构简单、可在常压下运行、杂食性强等优点。