戈壁灘上一座不起眼的廠房,最近成了能源圈反復被提起的名字。
說起來你可能覺得離譜,未來咱們用的電,有可能是靠一種叫"釷"的金屬"燒"出來的,而且這玩意兒的家底厚到幾千上萬年都用不完。
由中國科學院上海應用物理研究所牽頭建成的2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆,近日首次實現釷鈾核燃料轉換,在國際上首次獲取釷入熔鹽堆運行后實驗數據,成為目前全球唯一運行并實現釷燃料入堆的熔鹽堆。
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說白了,就是人類頭一回真正在熔鹽堆里把"石頭"變成了能用的核燃料,這一步含金量極高。為啥這事值得拿出來說?
關鍵在那個被業內叫做"點石成金"的過程。天然釷232吸收中子后可逐級轉化為易裂變鈾,形成可持續自持的閉式燃料循環。
簡單講,釷本身不能直接發電,得在反應堆里挨中子的"轟擊",才能一步步變成會裂變的鈾-233。這次實驗,就是把這條"變身"路線第一次完整地走通了,而且轉化率據測算逼近理論值的九成。
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中國釷鈾儲量之比約為6:1,已探明的釷工業儲備量約為28萬噸,居世界第二位。更妙的是,這些釷大多是開采稀土時順手挖出來的"副產品"。
也就是說,咱們挖稀土的同時,核燃料相當于半買半送,既省了買鈾的錢,又把閑置的資源盤活了。
那為啥非得折騰釷,接著用鈾不行嗎?
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這背后藏著一道憋了多年的難題——鈾咱們一直得大量靠進口。我國釷資源儲量豐富、伴生廣泛,實現釷基核能規模化利用,將大幅降低鈾資源對外依存度,從源頭上保障國家核燃料供應安全,為能源自主可控提供長期穩定戰略支撐。
把能源飯碗端在自己手里,這才是國家下大力氣搞釷的真正動因,不是單純圖個新鮮。再說說為啥這反應堆能扎在缺水的戈壁灘,而不像傳統核電站那樣守著海邊。
釷基熔鹽堆采用高溫液態熔鹽作為冷卻劑,無需巨大壓力容器,也不用大量水冷卻,這就像把"核燃料"放在"高溫的鹽"里流動發電,既安全又高效。
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傳統核電站是出了名的"喝水大戶",而它靠熔鹽在管道里循環就能把熱量帶走,對水的需求極低,選址一下子自由了。
安全這塊,也是讓人能踏實的地方。
釷基熔鹽堆可以在常壓下運行,無需高壓容器,從根本上杜絕了爆炸風險;熔鹽本身對放射性核素具有很好的包容作用,反應堆建于地下并配備完整屏蔽系統,即便發生泄漏的極端情況,熔鹽會流入專用安全設施,隨溫度降低快速凝固,讓風險得到控制。
換句話說,萬一出岔子,那攤"鹽湯"一冷就凝固,把放射性物質牢牢"凍"在里頭跑不掉。可能有人問,這么好的路子,發達國家咋不搶先做?
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其實美國六十年前就動過手,后來放棄了,原因挺耐人尋味。美國放棄釷基熔鹽堆是出于冷戰時期的戰略選擇,當時技術路線的競爭主要在釷基熔鹽堆和钚基快堆之間,后者更易于生產用于武器的核材料,因此獲得了優先發展。
說到底,當年是軍事需求壓倒了民用考量,把這條更清潔的路給擱置了,反倒給后來者留了空間。中國能后來居上,靠的是十幾年悶頭死磕。
2011年,中國科學院啟動先導科技專項"未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統",專項實施期間,近百家國內科研機構、高等院校和產業集團深度參與研發和工程建設,攻克了一系列技術難題。
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2023年6月7日,國家核安全局頒發了運行許可,同年10月11日首次達到臨界狀態;2024年6月17日實現滿功率運行;10月在熔鹽中含釷的情況下滿功率運行,檢測到了鏷-233,表明核增殖成功。
一步一個腳印,每個節點都踩得扎扎實實,沒有任何花架子,這種節奏本身就是工程能力的體現。戈壁灘上搞這種活,難處外人很難想象。
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最要命的是熔鹽的腐蝕性,普通鋼材泡進去幾分鐘就化了。為了讓釷基熔鹽堆擁有更長的運行壽命,我國科學家研發出了可耐1000℃高溫的新型鎳基合金,將熔鹽腐蝕速率控制在每年0.1毫米以下,壽命較傳統材料提升10倍。
正是這些一點點自主啃下來的"硬骨頭",才撐起了整套系統的可靠運轉,關鍵設備做到了百分之百國產化。這份成績單的分量,在2026年春天又被官方蓋了個章。
今年3月,國家自然科學基金委員會發布2025年度"中國科學十大進展","實現基于熔鹽堆的釷鈾核燃料轉換"成功入選,標志著我國在熔鹽堆領域實現從跟跑到全球領跑的歷史性跨越。
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能進這份榜單,意味著它不只是工程上的一座堆,更是基礎科學層面被同行認可的硬突破。那"全球首座核電站"這事現在到啥進度了?
2026年3月,小型模塊化釷基熔鹽堆研究設施研究堆、燃料鹽研究系統配套建安工程的設計中標結果公布,招標人是上海應用物理研究所,中標單位為上海核工程研究設計院,這標志著研究堆的設計工作正式啟動,即將進入施工階段,預計2026年年內開工建設。
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也就是說,真正能發電的那座堆,今年就要破土了。這座新堆的本事,比眼下的實驗堆大得多。
下一步目標是建設10兆瓦電功率小型模塊化釷基熔鹽研究堆,選址仍在甘肅武威民勤縣,緊鄰實驗堆。它的設計最大熱功率是60兆瓦,配的是超臨界二氧化碳閉式循環燃氣輪機,按規劃要在2030年前后實現首次臨界和滿功率運行。
從2兆瓦只驗證原理,到10兆瓦能真發電,這是質的一躍。
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10兆瓦級小型模塊化機組體積僅為傳統壓水堆的1/5,可實現集裝箱級小型化,適配場景豐富。體積小、不挑水、還安全,意味著它能往很多過去核電去不了的地方鉆。
這種靈活性,恰恰是傳統大型核電站最缺的,也是未來能源版圖里一塊全新的拼圖。往后真正落地的節奏,國家也排得明明白白。
團隊將以2035年建成百兆瓦級釷基熔鹽堆示范工程并實現示范應用為目標,加速技術迭代與工程轉化,為國家提供安全可靠的釷基能源發電新路徑。從實驗堆到研究堆,再到示范堆和商用堆,三步走一環扣一環,既不冒進也不拖沓,體現的是一種長周期的戰略耐心。
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值得一提的是,這技術的用武之地遠不止發電一項。在實驗堆旁邊,團隊已經把高溫的本事用起來了。
700攝氏度的高溫氦氣既能驅動汽輪機發電,又能直接用于制氫、制氨、煤化工等領域,目前制氫系統效率達到45%,遠超傳統電解水制氫30%的效率。對鋼鐵、化工這些難減排的行業來說,這種高溫熱源正是它們脫碳路上最缺的那把鑰匙。
把視野再拉寬一點,海上也有它的舞臺。中國船舶預計2026年建成首艘搭載釷基核動力的集裝箱船舶。
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這種24萬噸級的大家伙一旦跑起來,遠洋運輸的"零排放"就不再是口號。熔鹽堆體積小、安全性高的特點,讓它在船舶動力這種過去核能很難進入的場景里,也具備了實打實的競爭力。
釷基熔鹽堆的意義早已超出一筆單純的能源賬。它一頭連著能源安全,讓咱們慢慢擺脫鈾被"卡脖子"的隱憂;另一頭又對接"雙碳"目標,是一條扎實的低碳硬路徑。
在全球都在搶占第四代核能制高點的當下,中國選了一條別人放棄的難路,卻走出了自己的領先身位,這種"換道"的眼光本身就難得。
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從實驗堆驗證原理,到研究堆真發電,再到商業化大規模鋪開,中間還隔著工程放大、長期安全驗證和成本核算等一道道關。今年要開工的這座研究堆,就是檢驗技術能否經得起放大考驗的關鍵一仗,急不得也馬虎不得。
但無論如何,戈壁灘上那盞"點石成金"的燈已經亮了,它照見的,是一群人靠定力和自主創新換來的底氣,也是未來萬家燈火的另一種可能。
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