釷在核能中的長期潛力

2021 年8 月，中國宣布建成第一座實驗性釷基核反應堆。該反應堆建在中國北方的戈壁沙漠中，未來幾年將對其進行測試。如果實驗證明成功，北京將計劃建造另一座能夠為10 多萬個家庭供電的反應堆。

中國并非唯一打算利用釷的國家。過去，印度、日本、俄羅斯、英國、美國和其他國家都曾對研究釷在核能中的可能應用表現(xiàn)出熱情。這種金屬的吸引力在于它更加豐富和高效，可能成為主要核燃料鈾的替代品。

什么是釷？釷是一種銀色、帶放射性的金屬，通常存在于火成巖和重礦砂中。它是以北歐神話中的雷神托爾命名的。在自然界中，它比鈾含量上高出3～4 倍，但在歷史上很少用于工業(yè)或發(fā)電。這部分是因為釷本身不是一種核燃料，但它可以用來變化制造核燃料。作為唯一天然存在的釷同位素，釷-232 是一種可裂變材料，而不是易裂變材料，這意味著它需要高能中子進行裂變———原子核分裂，釋放出用于發(fā)電的能量。然而，當受到中子輻照時，釷-232 會發(fā)生一系列的核反應，最終形成鈾-233 這種可作為燃料在核反應堆燃燒的易裂變材料。

釷能提供什么？與傳統(tǒng)的核燃料鈾-235 相比，釷擁有若干優(yōu)勢。釷作為水冷堆或熔鹽堆燃料能產(chǎn)生比它所消耗的更多的易裂變材料（鈾-233）。據(jù)估計，地球上層地殼平均含有 10. 5 ppm 的釷，而鈾的含量約為3 ppm。國際原子能機構（IAEA）核燃料循環(huán)設施專家Kailash Agarwal 說，“由于釷的豐富性及其易裂變材料增殖能力，它有可能為人類的能源需求提供一個長期解決方案”。另一個優(yōu)勢是，釷燃料反應堆可能比鈾燃料反應堆更加環(huán)保。除了這些釷反應堆以及核電一般在運行中不排放溫室氣體之外，它們還比現(xiàn)在的鈾燃料反應堆產(chǎn)生更少的長壽命核廢物。

并非沒有挑戰(zhàn)然而，存在著一些使釷的部署具有挑戰(zhàn)性的經(jīng)濟和技術障礙。盡管這種金屬很豐富，但目前提取的成本很高。

國際原子能機構鈾資源專家Mark Mihalasky 說，“作為稀土元素的一個主要來源的獨居石礦也是釷的一個主要來源。

如果不是目前對稀土元素的需求，就不會單單為了釷含量而開采獨居石。釷是一種副產(chǎn)品，提取釷需要的方法比提取鈾的成本要高。因此，就目前情況而言，能夠以具有成本效益的方式從地下挖出的釷的數(shù)量并不像鈾那樣多。然而，如果對釷及其在核能中的應用有更高的需求，這種情況可能會改變。”

同樣昂貴的是釷動力核裝置的研究、開發(fā)和測試，因為缺乏關于釷的重要經(jīng)驗，而鈾在核能中具有歷史優(yōu)勢地位。國際原子能機構燃料工程和燃料循環(huán)設施技術負責人Anzhelika Khaperskaia 說，“釷的另一個障礙是它可能難以處理。”作為一種能增殖但非易裂變材料，釷需要一個激勵物，如鈾或钚，來觸發(fā)和維持鏈式反應。

國際原子能機構的一位科長Clément Hill 總結(jié)說，“為了滿足日益增長的能源需求和實現(xiàn)全球氣候目標，世界正在尋找可持續(xù)和可靠的替代能源技術。釷可能成為其中之一。我們將繼續(xù)進行研究，為那些有志于釷工作者提供可信和基于科學的成果。”

你想知道更多有關使用釷的挑戰(zhàn)嗎？國際原子能機構的一本新出版物《釷基核能部署的近期和有發(fā)展前景的長遠方案》全面總結(jié)了一個為期4 年的國際原子能機構協(xié)調(diào)研究項目的成果，該項目側(cè)重于發(fā)展釷基核能的可能性。該出版物審視了使用釷作為燃料的好處和挑戰(zhàn)，并分析了其在從最常部署的水冷堆到熔鹽堆等不同類型反應堆中的應用。

（來源：IAEA 網(wǎng)站）