钍基核电力

跳跃到导航跳跃搜索以钍为基础的核能发电主要由富饶的元素钍产生的同位素铀-233的核裂变提供燃料。根据支持者的说法，钍燃料循环比铀燃料循环有几个潜在的优势-包括地球上发现的更丰富的钍，优越的物理和核燃料特性，以及减少核废料的产生。然而，钍动力的开发有很大的启动成本。支持者还将低武器化潜力作为钍的一个优势，因为将钍反应堆产生的特定铀233/232和钚238同位素武器化是非常困难的，而批评者则表示，总体上增殖反应堆的发展(包括本质上是增殖的钍反应堆)增加了人们对扩散的担忧。截至2020年，世界上还没有正在运行的钍反应堆。[1]。

核反应堆消耗某些特定的裂变同位素来产生能量。目前，最常见的核反应堆燃料有：

铀235，通过减少天然开采铀中铀-238的数量而提纯(即浓缩)。大多数核能都是使用低浓缩铀(LEU)产生的，而高浓缩铀(HEU)是武器所必需的。

一些人认为钍是开发新一代更清洁、更安全核能的关键。[2]根据佐治亚理工学院一群科学家在2011年发表的一篇评论文章，考虑到它的整体潜力，基于钍的电力可能意味着1000年以上的解决方案，或者是一座通往真正可持续能源的优质低碳桥梁，以解决人类对环境的大部分负面影响。

在研究了使用钍的可行性后，核科学家拉尔夫·W·莫尔(Ralph W.Moir)和爱德华·泰勒(Edward Teller)建议，关闭30年后，应该重新启动钍的核研究，并建立一个小型原型工厂。[4][5][6]。

第二次世界大战后，建造铀核反应堆是为了发电。这些设计类似于生产核武器材料的反应堆设计。在此期间，美国政府还使用U-233燃料建造了一个实验性熔盐反应堆。U-233燃料是用中子轰击钍产生的裂变材料。MSRE反应堆建在橡树岭国家实验室，从1965年到1969年，它的关键运行时间大约为15000小时。1968年，诺贝尔奖获得者、钚发现者格伦·西博格(Glenn Seborg)向他担任主席的原子能委员会公开宣布，基于钍的反应堆已经成功开发和测试。

然而，1973年，美国政府决定采用铀技术，并在很大程度上停止了与钍相关的核研究。原因是铀燃料反应堆效率更高，这项研究已经得到证实，而且钍的增殖比率被认为不足以生产足够的燃料来支持商业核工业的发展。正如莫尔和泰勒后来写道的那样，竞争归根结底是铀-钚循环的液态金属快增殖反应堆(LMFBR)和钍-233U循环的热反应堆--熔盐增殖反应堆。LMFBR的繁殖率更高。并赢得了比赛。在他们看来，停止开发钍反应堆的决定，至少是作为后备选择，“是一个可以原谅的错误”[4]。

科学作家理查德·马丁(Richard Martin)表示，核物理学家阿尔文·温伯格(Alvin Weinberg)是橡树岭核电站的负责人，也是新反应堆的主要负责人，他失去了主任的工作，因为他支持开发更安全的钍反应堆。[7][8]温伯格本人回忆起这段时期：

[众议员]切特·霍利菲尔德显然对我很恼火，他终于脱口而出：阿尔文，如果你担心反应堆的安全，那么我想你可能是时候离开核能了。我无言以对。但对我来说，很明显，我的风格、态度和对未来的看法与AEC内部的权力不再协调。[9]。

马丁解释说，温伯格不愿为了军事目的而牺牲潜在的安全核电，这迫使他退休：

温伯格意识到，你可以在一种全新的反应堆中使用钍，一种零熔毁风险的反应堆。..。他的团队建造了一个工作中的反应堆。在他18年任期的剩余时间里，他一直在努力使钍成为国家原子能努力的核心。他失败了。铀反应堆已经建成，美国核计划事实上的负责人海曼·里科弗(Hyman Rickover)希望从铀动力核电站获得的钚可以制造炸弹。越来越多的人被分流到一边，温伯格最终在1973年被迫离开。[10]。

尽管钍核电的历史有据可查，但今天的许多核专家仍然没有意识到这一点。据《化学与工程新闻》报道，大多数人--包括科学家--几乎没有听说过这种重金属元素，对它知之甚少……并指出，一位与会者的评论称，拥有核反应堆技术博士学位却不了解钍能源是有可能的。核物理学家维克多·J·斯滕格(Victor J.Stenger)就是其中之一，他在2012年第一次听说了这种元素。[11]核物理学家维克多·J·斯滕格(Victor J.Stenger)就是其中之一：

最近我惊讶地得知，自二战以来，我们就已经有了这样的替代方案，但由于缺乏武器应用，我们并未寻求这种替代方案。[12]。

其他人，包括前美国宇航局科学家和钍专家柯克·索伦森(Kirk Sorensen)都同意，钍是另一条没有被采用的途径。…。索伦森：2根据索伦森的说法，他在一次纪录片采访中表示，如果美国没有在1974年停止研究，它很可能在2000年左右实现能源独立。

从长远来看，钍燃料循环提供了巨大的能源安全好处-因为它有潜力成为一种自我维持的燃料，而不需要快中子反应堆。因此，这是一项重要的、潜在可行的技术，似乎能够为建立可信的、长期的核能情景做出贡献。[17]。

莫尔和泰勒对此表示同意，并指出钍的可能优势包括利用丰富的燃料，恐怖分子无法获得这种燃料，或者被转用于武器用途，以及良好的经济和安全特性…。科学作家理查德·马丁补充说，钍被认为是地球上最丰富、最容易获得、最清洁、最安全的能源。[14]：7

钍的储量是铀的三倍，几乎和地壳中的铅和镓一样丰富。[18]钍能源联盟估计，仅在美国就有足够的钍在目前的能量水平下为这个国家提供1000多年的电力。埃文斯-普里查德指出，美国已经埋藏了数吨稀土金属开采的副产品。[19]几乎所有的钍都是可裂变的Th-232，相比之下，铀由99.3%的可裂变铀-238和0.7%更有价值的裂变铀-235组成。

用钍反应堆的副产品很难制造出实用的核弹。据世界上第一座全尺寸原子能发电厂的设计者阿尔文·拉德科夫斯基(Alvin Radkowsky)说，钍反应堆的钚产量不到标准反应堆的2%，钚的同位素含量使其不适合进行核爆炸。[14]：11[20]已经测试了几枚含铀233的炸弹，但铀-232的存在往往是有毒的。铀-233有两个方面：铀-232的强辐射使材料难以处理，铀-232可能导致预爆。分离铀-232和铀-233被证明是非常困难的，尽管较新的激光技术可以促进这一过程。[21][22]。

核废料要少得多--莫尔州和泰勒州[4]减少了多达两个数量级的核废料，消除了大规模或长期储存的需要；[14]：13&34；中国科学家声称，危险废料将比铀少一千倍。产生的废料的放射性在短短一年或几百年后也会下降到安全水平，而目前的核废料需要数万年才能冷却下来。[24]。

根据莫尔和泰勒的说法，一旦启动，除了钍，它不需要其他燃料，因为它的大部分或全部燃料都是自己制造的。这只适用于繁殖反应堆，这些反应堆产生的裂变材料至少与它们消耗的一样多。其他反应堆需要额外的裂变材料，如铀235或钚。[17]。

钍燃料循环是一种利用低放射性废物生产长期核能的潜在途径。此外，向钍的转变可以通过焚烧武器级钚(WPU)或民用钚来完成。[25]。

由于所有天然钍都可以用作燃料，因此不需要昂贵的燃料浓缩。[24]然而，铀-钚循环中作为可育燃料的铀-238也是如此。

欧洲核研究组织(CERN)的诺贝尔奖获得者卡洛·鲁比亚将钍的需求量与煤炭进行了比较，他估计，一吨钍可以产生的能量相当于200吨铀或350万吨煤。[19]。

液态氟化钍反应堆的设计是防熔毁的。一旦停电或温度超过设定的限制，反应堆底部的可熔插头就会熔化，将燃料排入地下储罐，以便安全储存。[26][26]

开采钍比开采铀更安全、效率更高。钍的矿石独居石通常含有比其各自矿石中发现的铀的百分比更高的钍浓度。这使得钍成为一种成本效益更高、对环境破坏更小的燃料来源。钍开采也比铀矿开采更容易，危险性也更小，因为该矿是露天矿，不像地下铀矿那样需要通风，在地下铀矿中，氡水平可能是潜在的有害因素。[27][27]。

马丁总结了一些潜在的好处，提出了他的总体观点：钍可以提供一种清洁的、有效的无限能源，同时缓解所有公众的担忧-武器扩散、放射性污染、有毒废物和加工成本高且复杂的燃料。[14]13莫尔和泰勒在2004年估计，他们推荐的原型的成本将远低于10亿美元，运营成本可能在每年1亿美元左右，因此，许多国家可以在十年内制定出可供许多国家使用的大规模核电计划。[4]。

贝洛纳基金会(Bellona Foundation)2013年的一份报告得出结论称，经济状况具有很强的投机性。钍核反应堆不太可能产生更便宜的能源，但乏燃料的管理可能比铀核反应堆更便宜。[28][28]。

热中子谱的繁殖是缓慢的，需要大量的后处理。再加工的可行性仍未确定。[29][29]。

首先需要大量且昂贵的测试、分析和许可工作，这需要企业和政府的支持。[17]在2012年一份关于现有水冷反应堆使用钍燃料的报告中，《原子科学家公报》指出，这将需要太大的投资，而且没有明显的回报，而且从公用事业公司的角度来看，唯一能够激励人们追求钍的合法驱动因素是经济。[30][30]。

与使用传统固体燃料棒的工厂相比，燃料制造和再加工的成本更高。[17][28]。

钍在被辐射用于反应堆时，会产生铀-232，而铀-232会发射伽马射线。通过去除~(233)Pt-233，这一辐照过程可能会略微改变。然后，辐射将使铀-233取代铀-232用于核武器--使钍成为一种两用燃料。[31][32]。

美国、英国、德国、巴西、印度、中国、法国、捷克共和国、日本、俄罗斯、加拿大、以色列、丹麦和荷兰已经或正在研究和开发基于钍的核反应堆，主要是液体氟化钍反应堆(LFTR)和MSR设计。[12][14]与多达32个国家的专家举行了会议，其中包括欧洲核研究组织(CERN)在2013年举行的一次会议，该会议的重点是钍作为一种替代核技术，而不需要产生核废料。[33]国际原子能机构前总干事汉斯·布利克斯(Hans Blix)等公认的专家呼吁扩大对新核能技术的支持，并表示，钍的选择不仅为世界提供了一种新的可持续的核能燃料供应，而且还能更好地利用这种燃料的能量含量。

坎杜反应堆能够使用钍，[35][36]，2013年，加拿大钍电力公司计划并提议为智利和印度尼西亚开发钍发电项目。[37]智利拟建的10兆瓦示范反应堆可用于为一座2000万升/日的海水淡化厂提供电力。2018年，新不伦瑞克能源解决方案公司(New Brunswick Energy Solutions Corporation)宣布Moltex Energy参与核研究集群，该集群将致力于小型模块化反应堆技术的研发。[38][40][40]。

在中国科学院2011年年会上，宣布中国已经启动了一个钍MSR技术的研发项目。此外，中国前领导人江泽民的儿子江绵恒博士率领一个钍代表团在田纳西州橡树岭国家实验室进行了保密会谈，到2013年底，中国与橡树岭正式合作，帮助中国发展自己。[42]世界核协会指出，2011年1月，中国科学院宣布了其研发计划，声称拥有世界上最大的国家研发计划，希望获得该技术的全部知识产权。马丁表示，中国已明确表示有意单干，并补充说，中国已经垄断了世界上大部分稀土矿产。[14]：157[23]。

2014年3月，随着他们对燃煤发电的依赖成为当前雾霾危机的一个主要原因，他们将建造一个运行中的反应堆的原定目标从25年降至10年。过去，由于能源短缺，政府对核能感兴趣。参与该项目的科学家李忠教授说，现在他们对雾霾更感兴趣了。他补充说，这绝对是一场比赛。[44][44]。

2012年初，有报道称，中国使用西方和俄罗斯生产的部件，计划在2015年前建造两个钍MSR原型，该项目的预算为4亿美元，需要400名工人。中国还与一家加拿大核技术公司敲定了一项协议，以钍和铀为燃料开发改进型CANDU反应堆。[45][45]。

目前，戈壁沙漠正在建设两个反应堆，预计将于2020年完工。中国预计到2030年将钍反应堆投入商业使用。[46][中英文对照]。

德国的THTR-300是一个商业发电站的原型，使用钍作为肥沃的高浓缩铀-235作为裂变燃料。虽然被命名为钍高温反应堆，但U-235大部分是裂变的。THTR-300是一个氦冷高温反应堆，其球床堆芯由大约67万个球形燃料颗粒组成，每个球形燃料颗粒直径6厘米(2.4英寸)，铀235和钍232燃料颗粒嵌在石墨基质中。在20世纪80年代末，它为德国电网供电了432天，后来由于成本、机械和其他原因被关闭。

印度拥有世界上最大的钍供应量，但铀的数量相对较少。印度预计，到2050年，通过钍可以满足多达30%的电力需求。[47]。

2014年2月，印度孟买的巴巴原子研究中心(BARC)展示了他们最新设计的以钍为燃料的下一代核反应堆，称之为先进重水反应堆(AHWR)。他们估计，在没有操作员的情况下，反应堆可以运行120天。[48]其核心反应堆物理验证工作正在进行中，截止日期为2017年底。[49][49]

根据他们原子能委员会主席R·K·辛哈博士的说法，这将减少我们对化石燃料(主要是进口燃料)的依赖，并将对全球抗击气候变化的努力做出重大贡献。由于其固有的安全性，他们预计在孟买或德里等人口稠密的城市也可以建立类似的设计。[48][48]。

印度政府还在开发多达62个反应堆，主要是钍反应堆，预计到2025年投入使用。印度是世界上唯一一个拥有详细的、资金支持的、政府批准的专注于基于钍的核能的计划的国家。该国目前不到2%的电力来自核电，其余的来自煤炭(60%)、水电(16%)、其他可再生能源(12%)和天然气(9%)。[50]中国预计将有大约25%的电力来自核能。[14]2009年，印度原子能委员会主席表示，印度有一个长期目标，那就是基于其丰富的钍资源实现能源独立，以满足印度的经济野心。

2012年6月下旬，印度宣布他们的第一座商用快堆即将完工，这使印度成为钍研究领域最先进的国家。我们有巨大的钍储量。他们的前印度原子能委员会主席表示，挑战在于开发将其转化为裂变材料的技术。[53]物理学家霍米·巴巴(Homi Bhabha)在20世纪50年代提出了用钍代替铀的设想。[54][55][56][57]位于泰米尔纳德邦卡尔帕卡姆的英迪拉·甘地原子研究中心的500兆瓦原型快增殖反应堆即将完工。

截至2013年7月，反应堆的主要设备已经安装完毕，周边地区的虚拟燃料装载工作正在进行中。预计该反应堆将在2014年9月之前进入临界状态。[58]该中心已经批准了R。库马尔断言，建造PFBR需要5677克朗，“我们肯定会在这个数额内建造反应堆。”这个项目最初的成本是卢比。3492克雷，修正为卢比。5677克朗。PFBR产生的电力将以1卢比的价格出售给国家电力委员会。4.44个单位。BHAVINI在印度建造增殖反应堆。

2013年，印度300兆瓦的压水式重水反应堆计划在一个秘密地点建造。[59]设计设想用反应堆级钚启动，从Th-232生产U-233。此后，钍将成为唯一的燃料。[60]截至2017年，该设计已进入最后验证阶段。[61][61]。

自那以后，延迟已经推迟了试运行[危急程度？]。这款应用程序强调了印度对长期核能生产的承诺。

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