钍在核能中的长期潜力

2021 年8 月，中国宣布建成第一座实验性钍基核反应堆。该反应堆建在中国北方的戈壁沙漠中，未来几年将对其进行测试。如果实验证明成功，北京将计划建造另一座能够为10 多万个家庭供电的反应堆。

中国并非唯一打算利用钍的国家。过去，印度、日本、俄罗斯、英国、美国和其他国家都曾对研究钍在核能中的可能应用表现出热情。這种金属的吸引力在于它更加丰富和高效，可能成为主要核燃料铀的替代品。

什么是钍？钍是一种银色、带放射性的金属，通常存在于火成岩和重矿砂中。它是以北欧神话中的雷神托尔命名的。在自然界中，它比铀含量上高出3～4 倍，但在历史上很少用于工业或发电。这部分是因为钍本身不是一种核燃料，但它可以用来变化制造核燃料。作为唯一天然存在的钍同位素，钍-232 是一种可裂变材料，而不是易裂变材料，这意味着它需要高能中子进行裂变———原子核分裂，释放出用于发电的能量。然而，当受到中子辐照时，钍-232 会发生一系列的核反应，最终形成铀-233 这种可作为燃料在核反应堆燃烧的易裂变材料。

钍能提供什么？与传统的核燃料铀-235 相比，钍拥有若干优势。钍作为水冷堆或熔盐堆燃料能产生比它所消耗的更多的易裂变材料（铀-233）。据估计，地球上层地壳平均含有 10. 5 ppm 的钍，而铀的含量约为3 ppm。国际原子能机构（IAEA）核燃料循环设施专家Kailash Agarwal 说，“由于钍的丰富性及其易裂变材料增殖能力，它有可能为人类的能源需求提供一个长期解决方案”。另一个优势是，钍燃料反应堆可能比铀燃料反应堆更加环保。除了这些钍反应堆以及核电一般在运行中不排放温室气体之外，它们还比现在的铀燃料反应堆产生更少的长寿命核废物。

并非没有挑战然而，存在着一些使钍的部署具有挑战性的经济和技术障碍。尽管这种金属很丰富，但目前提取的成本很高。

国际原子能机构铀资源专家Mark Mihalasky 说，“作为稀土元素的一个主要来源的独居石矿也是钍的一个主要来源。

如果不是目前对稀土元素的需求，就不会单单为了钍含量而开采独居石。钍是一种副产品，提取钍需要的方法比提取铀的成本要高。因此，就目前情况而言，能够以具有成本效益的方式从地下挖出的钍的数量并不像铀那样多。然而，如果对钍及其在核能中的应用有更高的需求，这种情况可能会改变。”

同样昂贵的是钍动力核装置的研究、开发和测试，因为缺乏关于钍的重要经验，而铀在核能中具有历史优势地位。国际原子能机构燃料工程和燃料循环设施技术负责人Anzhelika Khaperskaia 说，“钍的另一个障碍是它可能难以处理。”作为一种能增殖但非易裂变材料，钍需要一个激励物，如铀或钚，来触发和维持链式反应。

国际原子能机构的一位科长Clément Hill 总结说，“为了满足日益增长的能源需求和实现全球气候目标，世界正在寻找可持续和可靠的替代能源技术。钍可能成为其中之一。我们将继续进行研究，为那些有志于钍工作者提供可信和基于科学的成果。”

你想知道更多有关使用钍的挑战吗？国际原子能机构的一本新出版物《钍基核能部署的近期和有发展前景的长远方案》全面总结了一个为期4 年的国际原子能机构协调研究项目的成果，该项目侧重于发展钍基核能的可能性。该出版物审视了使用钍作为燃料的好处和挑战，并分析了其在从最常部署的水冷堆到熔盐堆等不同类型反应堆中的应用。

（来源：IAEA 网站）