熔鹽堆（氟化鹽混合物的燃料）

熔鹽堆（氟化鹽混合物的燃料）

熔鹽堆 （氟化鹽混合物的燃料） 次瀏覽 | 2022.08.20 14:36:38 更新 來(lái)源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 熔鹽堆氟化鹽混合物的燃料

熔鹽堆(Molten Salt Reactor, MSR)采用熔融的氟化鹽混合物作為燃料，由于核燃料的特殊性，MSR在中子物理學(xué)方面與傳統(tǒng)固體燃料反應(yīng)堆有著較大區(qū)別?？梢栽诟邷叵鹿ぷ鳎色@得更高的熱效率）時(shí)保持低蒸汽壓，從而降低機(jī)械應(yīng)力，提高安全性，并且比熔融鈉冷卻劑活性低。熔鹽堆燃料的后處理可以在相鄰的小型化工廠中連續(xù)進(jìn)行。在這里，兩個(gè)概念得到了研究：具有高中子密度堆芯、燃燒從釷燃料循環(huán)中產(chǎn)生的鈾233的“雙流”反應(yīng)堆，和吸收中子、并最終被轉(zhuǎn)換為鈾233的釷鹽層。熔鹽堆的機(jī)械性和中子性比輕水堆簡(jiǎn)單。熔鹽堆證實(shí)從燃料鹽中移除鋰6阻止了氚的形成。

中文名

熔鹽堆

外文名

molten salt reactor

簡(jiǎn)稱

MSR

主冷卻劑

熔融態(tài)的混合鹽

政治問(wèn)題

要充分利用熔鹽堆的增殖潛力，反應(yīng)堆必須配合后處理設(shè)施的位置。美國(guó)沒(méi)有核燃料的后處理過(guò)程是因?yàn)闆](méi)有供應(yīng)商愿意去承包.由于不同主管部門的監(jiān)管制度差異很大，使得監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)和相關(guān)的成本非常大。英國(guó)、法國(guó)、日本、俄羅斯和印度當(dāng)前有一些燃料后處理設(shè)施在運(yùn)行。

一些美國(guó)的管理部門害怕任何形式的燃料后處理都會(huì)為钚經(jīng)濟(jì)及其相關(guān)的擴(kuò)散危險(xiǎn)鋪平道路。

類似的爭(zhēng)論導(dǎo)致了1994年IFR項(xiàng)目的關(guān)閉。釷燃料循環(huán)的擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自于潛在的鈾233的分離，該核素可能會(huì)用于核武器中，雖然分離過(guò)程相當(dāng)困難。

中國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀能源背景

化石能源即將枯竭，太陽(yáng)能、風(fēng)能不夠穩(wěn)定，水能開(kāi)發(fā)已過(guò)極限。中國(guó)未來(lái)的能源支柱何在？核能，似乎是一個(gè)靠譜的選擇：能量密度高、低碳排放、潛在的可持續(xù)發(fā)展。

大力發(fā)展核能已成為中國(guó)能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)。目前，中國(guó)在役13個(gè)核電機(jī)組，裝機(jī)容量為10.234GW，約占全國(guó)發(fā)電總量的1.5%。按照國(guó)家發(fā)展改革委的核電發(fā)展規(guī)劃，2020年，中國(guó)在役核電機(jī)組將達(dá)到70座以上，占總裝機(jī)容量的4%~6%以上。據(jù)估計(jì)，2030年，中國(guó)核電比例將達(dá)到約10%；2050年將可能超過(guò)400GW，超過(guò)目前全世界核電裝機(jī)容量的總和。然而，目前全世界運(yùn)行的反應(yīng)堆絕大多數(shù)是熱堆，即由熱中子引發(fā)裂變反應(yīng)。熱堆消耗的主要核燃料是鈾235。自然界中鈾235的蘊(yùn)藏量?jī)H占0.71%，其余絕大部分是鈾238，占99.2%。因此，中國(guó)乃至世界核能的快速發(fā)展均面臨核燃料未來(lái)能否穩(wěn)定供應(yīng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2005年，中國(guó)GDP總和為18.23萬(wàn)億元，一次能源總耗量為22.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如今，中國(guó)已成為溫室氣體排放的大國(guó)，再過(guò)三四十年，中國(guó)GDP總量可能達(dá)到117萬(wàn)億元，相應(yīng)能源需求將會(huì)增加很多，同時(shí)溫室氣體排放不僅不能增加，還要減少，好比“又要馬兒跑，又要馬兒不吃草”，但核能可以做到。以現(xiàn)有的核電技術(shù)而言，1千克鈾所放出的熱量為196億千卡，而1千克標(biāo)準(zhǔn)煤只能放出7000千卡熱量。

因此，在全球氣候變化的情況下，節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)正促使核能在全球復(fù)興。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)預(yù)測(cè)，至2050年，全球核電裝機(jī)容量將達(dá)到1200-1700GWe(百萬(wàn)千瓦)。目前，中國(guó)核電僅占總能耗不足2%，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，到2020年中國(guó)核電運(yùn)行裝機(jī)容量將達(dá)到40GWe，2050年則可能提高到260GWe及以上。

發(fā)展計(jì)劃

2011年1月25日下午，在中國(guó)科學(xué)院2011年度工作會(huì)議期間舉行的中國(guó)科學(xué)院“創(chuàng)新2020”新聞發(fā)布會(huì)上，中科院宣布，“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”（TMSR）等首批戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)啟動(dòng)實(shí)施。

“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，歷經(jīng)兩年的醞釀、調(diào)研、討論，于2010年9月25日通過(guò)了高層專家參加的咨詢?cè)u(píng)議，2010年10月26日通過(guò)實(shí)施方案論證，2010年12月27日通過(guò)預(yù)算評(píng)審，2011年1月11日經(jīng)院長(zhǎng)辦公會(huì)議審議批準(zhǔn)實(shí)施。

TMSR專項(xiàng)的目標(biāo)：通過(guò)20年左右，研發(fā)第四代的裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)，所有技術(shù)均達(dá)到中試水平并擁有全部的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。培養(yǎng)出一支規(guī)模千人以上、學(xué)科和技術(shù)門類齊全、年齡分布合理、整體居國(guó)際領(lǐng)先水平、具備工業(yè)化能力的釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)科技隊(duì)伍。建成世界級(jí)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)研究基地（包括在基礎(chǔ)研究基地和中試研究基地）。

TMSR專項(xiàng)兼顧科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)展和工程建設(shè)，從釷基熔鹽堆的基本科學(xué)問(wèn)題研究入手，不斷深入對(duì)釷基熔鹽堆科學(xué)規(guī)律的了解；從最小的反應(yīng)堆工程建設(shè)開(kāi)始，采取逐步放大規(guī)模的路線，發(fā)展相關(guān)的核心技術(shù)，最終掌握釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)所有核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2011~2015年起步階段：建立完善的研究平臺(tái)體系、學(xué)習(xí)并掌握已有技術(shù)、開(kāi)展關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題的研究；工程目標(biāo)是建成2MW釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆并在零功率水平達(dá)到臨界。

2016~2020年發(fā)展階段：建成釷基熔鹽堆中試系統(tǒng)，全面解決相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先水平；工程目標(biāo)是建成10MW釷基熔鹽堆并達(dá)到臨界。

2020~2030年突破階段：建成工業(yè)示范性釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)，并解決相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題、發(fā)展和掌握所有相關(guān)的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)小型模塊化熔鹽堆的產(chǎn)業(yè)化；工程目標(biāo)是建成示范性100MW（e）釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)并達(dá)到臨界。

在2006年8月16日，北美能源集團(tuán)公司宣布其準(zhǔn)備研發(fā)釷基核能發(fā)電設(shè)施以及釷基電池。但是由于全球新一代核反應(yīng)堆尚處于研發(fā)中，因此中國(guó)自主研發(fā)釷基熔鹽堆，將可能獲得全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這將使中國(guó)把能源的命脈緊緊把握在自己手中。

前景雖然美妙，但科學(xué)家還有很多難題需要攻克。從世界上第一座反應(yīng)堆試驗(yàn)成功，到核電站的商業(yè)推廣，經(jīng)歷了近20年的時(shí)間；而到目前主流核電站技術(shù)的成熟，又經(jīng)過(guò)了20多年的發(fā)展。新一代反應(yīng)堆真正實(shí)現(xiàn)推廣使用，可能還需要20-30年的時(shí)間。

參考資料