相較于現(xiàn)今核能發(fā)電普遍使用的鈾燃料,釷燃料蘊(yùn)藏量更豐富,產(chǎn)生的核廢料少,使用上也比鈾更安全。如今睽違近半個(gè)世紀(jì),荷蘭核研究公司 NRG 首度完成使用釷進(jìn)行核裂變的測(cè)試。當(dāng)投資者對(duì)核能發(fā)電的投資來(lái)到冷卻期時(shí),麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論對(duì)這次實(shí)驗(yàn)指出,釷燃料發(fā)電可能為核電帶來(lái)重大突破,許下更安全的核能源未來(lái)。
除了 NRG,美國(guó)也有幾家初創(chuàng)公司在探索這項(xiàng)技術(shù);中國(guó)自 2011 年宣布一系列積極研究釷燃料發(fā)電的計(jì)劃,他們還預(yù)計(jì)在 15 年內(nèi)要有一個(gè)釷鹽反應(yīng)爐開(kāi)始向電網(wǎng)供電。
根據(jù)世界核能協(xié)會(huì)指出,有數(shù)種反應(yīng)爐都可以將釷當(dāng)作燃料,如:重水反應(yīng)爐、超高溫反應(yīng)爐、沸水反應(yīng)爐、壓水反應(yīng)爐、快中子反應(yīng)爐等,而熔鹽反應(yīng)爐(包括液態(tài)氟化釷反應(yīng)爐)、加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)爐在過(guò)去尚屬理論。
美國(guó)“橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室”曾興建一個(gè)釷燃料熔鹽反應(yīng)爐,于 1965~1969 年運(yùn)作,但在 1973 年,美國(guó)政府突然中止所有與釷燃料發(fā)電有關(guān)的實(shí)驗(yàn),理由是鈾燃料增殖反應(yīng)爐更有效率,且副產(chǎn)品無(wú)法用作制造核武器。此后 40 年除科學(xué)家在印度卡帕坎建設(shè)一個(gè)測(cè)試用的反應(yīng)爐外,釷燃料的熔鹽反應(yīng)爐研究漸漸沉寂。
目前有在進(jìn)行釷燃料發(fā)電研究的國(guó)家包括:英國(guó)、美國(guó)、巴西、德國(guó)、印度、法國(guó)、中國(guó)、捷克、日本、俄羅斯、加拿大、以色列、荷蘭?,F(xiàn)在,荷蘭核研究公司 NRG 突破長(zhǎng)達(dá) 40 年的空窗期,成功使用釷鹽進(jìn)行核裂變測(cè)試。
該公司在實(shí)驗(yàn)中使用一個(gè)稱(chēng)為“熔鹽快速反應(yīng)器”的設(shè)備來(lái)燃燒釷鹽,理論上還可以消耗目前的鈾裂變反應(yīng)爐產(chǎn)生的核廢料,將其當(dāng)作新燃料?;谶@次測(cè)試,研究人員希望可以開(kāi)發(fā)出更穩(wěn)定、能擴(kuò)展規(guī)模的釷鹽反應(yīng)爐。
釷普遍認(rèn)為是更安全的核電燃料,當(dāng)它被高能中子撞擊時(shí),會(huì)轉(zhuǎn)化為可裂變的鈾-233,產(chǎn)生的放射性廢棄物比核電廠目前使用的鈾-235 廢棄物還安全,世界核能協(xié)會(huì)曾評(píng)論釷燃料發(fā)電是一項(xiàng)有潛質(zhì)的技術(shù),可望為現(xiàn)今的核能發(fā)電創(chuàng)造一番新景象。
根據(jù)維基記載,釷燃料發(fā)電有以下潛在優(yōu)點(diǎn):
1.釷的蘊(yùn)藏量為鈾的 4 倍,與鉛一樣普遍。根據(jù)釷能源聯(lián)盟估計(jì),若美國(guó)的用電量不變,該國(guó)的釷蘊(yùn)藏量足以供電超過(guò) 1,000 年,礦藏中大部分都是可用的釷-232,相反的,鈾礦藏中只有 0.7% 是可用的鈾-235。
2.釷是一種較潔凈和較安全的核燃料,放射性大大低于鈾。
3.LFTR(液態(tài)氟化釷反應(yīng)爐)的天然設(shè)計(jì)使它成為一個(gè)安全的核反應(yīng)爐,LFTR 在常壓中運(yùn)作,因此不可能像福島核電廠一樣發(fā)生氫氣爆炸事故。當(dāng)反應(yīng)爐出現(xiàn)異常時(shí),核裂變會(huì)自動(dòng)停止,因此不會(huì)有爐心熔毀的情況發(fā)生。
4.利用釷廢料制造核武幾乎不可能。核物理學(xué)家 Alvin Radkowsky 說(shuō),釷反應(yīng)爐產(chǎn)生的钚少于一般反應(yīng)爐產(chǎn)生鈽的 2%,當(dāng)中又有很多鈽同位素不適合用作核武。
5.釷反應(yīng)爐制造更少核廢料??茖W(xué)家聲稱(chēng),有害的釷廢料少于鈾廢料 1,000 倍,釷廢料在數(shù)百年后就會(huì)變得安全,但鈾廢料要等數(shù)萬(wàn)年。
6.運(yùn)作中的釷反應(yīng)爐除了釷以外不需其他燃料,釷也是不可分裂物質(zhì),因此它可與鈾、鈽等可裂變物質(zhì)合用當(dāng)成核燃料。
7.歐洲核子研究組織估計(jì),1 噸釷可產(chǎn)生的電量相當(dāng)于 200 噸鈾或 3,500,000 噸煤產(chǎn)生的電量。