<p class="ql-block"> </p><p class="ql-block"> 釷基熔鹽反應(yīng)堆為什么能發(fā)電呢？我們都知道，釷-232（Th-232）它本身?并不是裂變?cè)?啊……既然不是裂變?cè)?，那么它是怎么產(chǎn)生熱能的？</p><p class="ql-block"> 如果你們對(duì)這個(gè)問題感興趣，證明你們的心還很年輕，證明你的的好奇心還未泯滅……因?yàn)橐粋€(gè)人若能一直保持好奇心，它就能促進(jìn)大腦活力，驅(qū)使人們不斷學(xué)習(xí)新事物，這種心態(tài)能讓人更專注當(dāng)下、忘卻年齡焦慮，從而在氣質(zhì)上顯得更有活力。好奇是探索世界奧秘的鑰匙，不要認(rèn)為自己年齡大了，不行了……人不思老，老將不至，莫道桑榆晚，為霞尚滿天。用好奇心去點(diǎn)亮自己的生活，讓每一天都充滿新奇的色彩與無限的可能。人如果沒有好奇心，就會(huì)變得索然無味，就連做人的靈魂都打上折扣。弗朗西斯.培根曾說，知識(shí)是一種快樂，而好奇則是知識(shí)的萌芽。試試看吧，也許你一看就能明白，因?yàn)樵偕願(yuàn)W晦澀的理論都是有規(guī)律可尋的，并不神秘，也許你就是一塊金子，只不過上帝打了個(gè)盹，把你放錯(cuò)了位子。</p><p class="ql-block"> 下面我們就來一步一步探討釷-232是如何成為裂變?cè)氐摹?lt;/p><p class="ql-block"> </p> <p class="ql-block"> 是的，釷-232它本身并不是裂變?cè)?，它自已改變不了自已，但是它可通過中子俘獲轉(zhuǎn)化為裂變?cè)?。這就是“借雞生蛋”，也就是借他人之羽翼，翱翔自已的天空。那么，它是如何轉(zhuǎn)化的呢？,</p><p class="ql-block"> 它是由釷-232先吸收一個(gè)中子，然后，經(jīng)過兩次β衰變，變成鈾-233,它就變成了裂變?cè)亍Ｆ渲笑滤プ冞^程復(fù)雜一些，它的反應(yīng)過程如下：</p><p class="ql-block"> 首先，堆芯啟動(dòng)需要少量的易裂變材料（如高豐度鈾-235或钚-239）提供初始中， 由于鈾-235，或鈈-239是易變材料，其裂變時(shí)，產(chǎn)生大量的中子，這些中子轟擊釷-232原子核。釷-232吸收一個(gè)中子后變成釷-233， 釷-233不穩(wěn)定，通過β衰變（釋放一個(gè)電子）變成鏷-233。鏷-233也不穩(wěn)定，再經(jīng)過一次β衰變變成鈾-233。</p><p class="ql-block"> 這個(gè)轉(zhuǎn)變過程告訴我們，但我們自已不能改變自己時(shí)，我們可以借船出海，也可借雞生蛋，就是借他人之翼，翱翔自已的天空。即古人所說，運(yùn)海摶扶，必借垂天之翼；乘流擊汰，必佇飛云</p><p class="ql-block"> 鈾-233是一種優(yōu)良的易裂變材料。當(dāng)一個(gè)中子轟擊鈾-233原子核時(shí)，原子核會(huì)分裂（裂變） 成兩個(gè)（有時(shí)是三個(gè)）較小的原子核（裂變碎片），同時(shí)釋放出巨大的能量（熱量），這是發(fā)電的根本來源。 2-3個(gè)新的自由中子，這些中子非常重要， 一部分中子去轟擊其他鈾-233原子核，維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一部分中子被釷-232吸收，持續(xù)“增殖”產(chǎn)生新的鈾-233燃料（這也是釷堆被稱為“增殖堆”或“轉(zhuǎn)化堆”的原因）。</p><p class="ql-block"> 現(xiàn)在明白了吧，為什么我們把釷基溶鹽反應(yīng)堆稱其為增殖堆或轉(zhuǎn)化堆。 任何事情都是這樣，找到了源頭，就了解了根本。即古詩(shī)所云，問渠那得清如許，為有源頭活水來。只有這樣，才能知其然，進(jìn)而知其所以然。要永遠(yuǎn)記住，井不達(dá)泉，則猶不掘也；一步未至，則猶不往也。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">。</p> <p class="ql-block"> 我們知道了這個(gè)燃料載體的來源，它總得有反應(yīng)的地方吧，這就是下面要談到的《熔鹽作為燃料和載熱劑》。</p><p class="ql-block"> 這種反應(yīng)堆的獨(dú)特之處，也是 釷基熔鹽堆最核心的特點(diǎn)之一是將核燃料（如鈾-233或啟動(dòng)用的裂變材料）溶解在高溫熔融的氟化鹽中（例如氟化鋰、氟化鈹?shù)幕旌衔铮F(xiàn)在明白了吧，為什么我們把這個(gè)新型的反應(yīng)堆稱之為釷基熔鹽反應(yīng)堆了吧。那么，它的作用是，燃料載體直接在裂變反應(yīng)流動(dòng)的熔鹽中進(jìn)行。熔鹽在反應(yīng)堆堆芯循環(huán)流動(dòng)時(shí)，直接吸收核裂變產(chǎn)生的大量熱量，自身溫度升高（通常達(dá)到600-700°C以上），這些熔鹽就成了載熱劑。</p><p class="ql-block"> 它的最大優(yōu)點(diǎn)是在安全性占有優(yōu)勢(shì)： 熔鹽在常壓下工作，沸點(diǎn)極高；在高溫下保持液態(tài)，一旦冷卻（如遇到管道破裂等事故），它會(huì)迅速凝固，包容住放射性物質(zhì)，具有固有的安全性。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)戰(zhàn)勝了所有以前的核電廠。</p><p class="ql-block"> 現(xiàn)在明白了吧，熔鹽之所以能作為熱載體，第一是常壓下，沸點(diǎn)極高，笫二是高溫下液態(tài)，一旦溫度下降到液固臨界點(diǎn)，立即凝固，使放射性物質(zhì)固化。安全性方面占到壓倒性的優(yōu)勢(shì)，以前所有核電廠在它面前處于劣勢(shì)。</p><p class="ql-block"> 所以，在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的世界，只有強(qiáng)者才能生存下來，而弱者只有被淘汰。生活是殘酷的，它不會(huì)因?yàn)槟闶侨跽叨鴮?duì)你仁慈。</p> <p class="ql-block"> 載熱劑載著大量的熱能，總得要把它取出來，這就要談到熱交換器。它分為一回路到二回路。攜帶了巨大熱量的高溫熔鹽（一回路）離開堆芯，流入一個(gè)稱為主換熱器（或中間換熱器）的設(shè)備。 在換熱器內(nèi)，高溫的一回路熔鹽將其熱量傳遞給另一股獨(dú)立的、非放射性的熔鹽（二回路熔鹽）。二回路熔鹽因此被加熱到高溫。</p><p class="ql-block"> 關(guān)鍵的安全設(shè)計(jì)：這個(gè)換熱過程非常重要，它把具有放射性的燃料鹽（一回路）和最終用于發(fā)電的工質(zhì)（水/蒸汽）隔離開來。二回路熔鹽本身不含核燃料，沒有放射性。至所以這樣做，就是為了隔離核污染。</p><p class="ql-block"> 上面所說的熱交換器它分為兩個(gè)回路，主要把帶有放射性熔鹽隔離開了，保證二回路的安全。</p><p class="ql-block"> 現(xiàn)在明白了吧，為什么熱交換器要分為兩個(gè)回路？這就是事物的兩面性，它能為你遮風(fēng)擋雨，也能同樣叫你不見天日。只有隔離“負(fù)”的一面的困擾，好的一面才會(huì)如約而至。</p><p class="ql-block"> 下面我們就要談到熱蒸氣的產(chǎn)生。</p><p class="ql-block"> 被加熱的高溫二回路熔鹽離開主換熱器，流入蒸汽發(fā)生器，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)，高溫的二回路熔鹽將其熱量傳遞給水。水吸收熱量后變成高溫高壓的蒸汽。</p><p class="ql-block"> 有了高溫高壓的蒸氣，我們必須讓它做功，這就是下面要講的發(fā)電，也是熱力循環(huán)過程。</p> <p class="ql-block"> 高溫高壓蒸汽通過管道被輸送到汽輪機(jī)，蒸汽沖擊汽輪機(jī)的葉片，使巨大的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。這個(gè)過程將蒸汽的熱能和壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 做過功的蒸汽（溫度和壓力降低）從汽輪機(jī)排出，進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻凝結(jié)成水。 凝結(jié)水由給水泵加壓后，重新被打回蒸汽發(fā)生器加熱，完成循環(huán)（這就是經(jīng)典的蘭金循環(huán)）。</p><p class="ql-block"> 所謂蘭金循環(huán)，其實(shí)就是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，就是水從蒸汽發(fā)生器吸熱變成蒸氣，蒸氣做完功，變成水，這個(gè)水又流進(jìn)蒸汽發(fā)生器，從原點(diǎn)又回到原點(diǎn)，就象生命的輪回里，繞了一圈，又回到最初的起點(diǎn)。 </p><p class="ql-block"> 下面，我將進(jìn)行一下總結(jié)，釷基熔鹽堆發(fā)電的根本原因在于：它利用熔融鹽中的核裂變（特別是鈾-233裂變及釷-232向鈾-233的轉(zhuǎn)化）產(chǎn)生大量熱量，通過熔鹽循環(huán)將熱量高效地帶出堆芯，再經(jīng)過熱交換和蒸汽發(fā)生器將熱量傳遞給水產(chǎn)生蒸汽，最終通過汽輪發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能。其獨(dú)特之處在于實(shí)現(xiàn)這一過程的載體（液態(tài)熔鹽燃料）和方式（高溫、常壓、潛在在線處理）所帶來的潛在優(yōu)勢(shì)。</p><p class="ql-block"> 熔鹽堆[molten salt reactor, MSR]是核裂變反應(yīng)堆的一種，其主冷卻劑[primary coolant]是一種熔融態(tài)的混合鹽，它可以在高溫下工作（可獲得更高的熱效率）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。</p> <p class="ql-block"> 最后，對(duì)這世界上最先進(jìn)的釷基熔鹽反映堆的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)：</p><p class="ql-block">結(jié)釷基熔鹽堆發(fā)電的關(guān)鍵特點(diǎn)：1、液態(tài)燃料，核燃料溶解在熔鹽中，既是燃料又是載熱劑/冷卻劑。2、高溫：熔鹽工作溫度高（通常>600°C），熱效率更高（理論上可達(dá) 40-50%，高于傳統(tǒng)輕水堆的約 33%）3、常壓運(yùn)行：熔鹽沸點(diǎn)極高，一回路可以在接近常壓下運(yùn)行，消除了高壓容器破裂的風(fēng)險(xiǎn)。4、在線處理：理論上可以連續(xù)在線去除裂變產(chǎn)物并添加新燃料，提高燃料利用率，減少停堆時(shí)間。5、釷燃料循環(huán)： 利用儲(chǔ)量豐富的釷-232 轉(zhuǎn)化為鈾-233 作為燃料，具有增殖潛力。6、固有安全性：具有負(fù)溫度反應(yīng)性系數(shù)、高溫下熔鹽膨脹自動(dòng)排出堆芯（帶出燃料）導(dǎo)致反應(yīng)停止的被動(dòng)安全設(shè)計(jì)等。</p><p class="ql-block"> 所謂最后總結(jié)，就是對(duì)文章進(jìn)行提純，這里總結(jié)的每一點(diǎn)都是精華，掌握這些精華就相當(dāng)于抓住了綱，進(jìn)而便能做到舉一綱而萬(wàn)目張，解一卷而眾篇明，振裘持領(lǐng)，萬(wàn)毛自整。</p> <p class="ql-block"> 最后，再來談淡我國(guó)釷基熔鹽發(fā)電廠的情況及未年發(fā)展前景</p><p class="ql-block"> 我國(guó)釷基熔鹽核電站技術(shù)已取得重大突破，全球唯一運(yùn)行的2兆瓦熱功率液態(tài)燃料釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆（TMSR-LF1）于2025年4月在甘肅武威實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著中國(guó)在第四代核電技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先全球。</p><p class="ql-block"> 我國(guó)甘肅武威的2兆瓦釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆是全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的同類堆型，2023年10月首次臨界，2024年6月滿功率運(yùn)行，2025年4月完成加釷實(shí)驗(yàn)。??</p><p class="ql-block">? 關(guān)鍵技術(shù)攻克?：中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)解決了高溫熔鹽腐蝕（研發(fā)耐1000℃的鎳基合金）、燃料循環(huán)處理等難題，熔鹽腐蝕速率控制在每年0.1毫米以下。??</p><p class="ql-block">? 三步走戰(zhàn)略?：實(shí)驗(yàn)堆階段（已完成）；驗(yàn)證全流程技術(shù)；堆階段（2025年啟動(dòng)）；建設(shè)10兆瓦小型模塊化堆；示范堆階段（2030年前）；實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。??</p><p class="ql-block"> 事實(shí)已經(jīng)證明，我國(guó)在第四代核電技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)先全球，這是國(guó)人的驕傲。其實(shí)釷基熔鹽反映堆是美國(guó)首先研究的，但他們遇到了困難，便停止了該項(xiàng)目。這就是為山九仞，巧虧一簣，掘井九仞而不及泉，猶為棄井也。而我國(guó)科學(xué)家一直堅(jiān)持研究，攻克了一個(gè)又一個(gè)難題，最后終于獲得成功。這就是古人所言，鍥而舍之，朽木不折，鍥而不舍，金石可鏤。</p> <p class="ql-block"> 通過以上的介紹，釷能成為裂變?cè)夭⒎请y于捉摸，高深莫測(cè)，也就是說，它并不神秘，所謂神秘，是一種超越美的永恒魅力，神秘的不是世界如何存在，而是它竟然存在。你每天都去做自己能力做得到的事，總有一天，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，你看山已經(jīng)不是山了，看水已經(jīng)不是水了，你自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不是你自己了，你真的會(huì)為自己的變化大吃一驚……你會(huì)發(fā)現(xiàn)，年齡只是一個(gè)數(shù)字，好奇讓你變得年輕，心態(tài)才是你的魅力。寫到此處，老爺子情不自禁的伏案而書：</p><p class="ql-block"> 老驥伏櫪心有志，</p><p class="ql-block"> 嘶風(fēng)老馬顯雄姿，</p><p class="ql-block"> 日在桑榆莫道晚，</p><p class="ql-block"> 人不思老老不至。</p> <p class="ql-block"> 名詞解釋：</p><p class="ql-block"> 1、什么是β衰減？</p><p class="ql-block"> β衰變是一種放射性衰變過程，指原子核自發(fā)釋放β粒子（電子或正電子）及中微子，導(dǎo)致核內(nèi)質(zhì)子與中子相互轉(zhuǎn)化，從而改變?cè)有驍?shù)但保持質(zhì)量數(shù)不變的現(xiàn)象。</p><p class="ql-block"> 2、什么是蘭金循環(huán)？</p><p class="ql-block"> 蘭金循環(huán)（Rankine Cycle）是一種將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的熱力學(xué)循環(huán)，廣泛應(yīng)用于蒸汽動(dòng)力裝置，通過蒸發(fā)吸熱、膨脹做功、冷凝放熱和再壓縮四個(gè)階段實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 ?</p><p class="ql-block"> 3、MSR： molten salt reactor 熔鹽核反應(yīng)堆</p><p class="ql-block"> 4 、TMSR：Thorium molten salt reactor 釷基熔鹽核反應(yīng)堆。</p><p class="ql-block"> 5、thorium：釷（放射性化學(xué)原素），原子序數(shù)90，原子量為232.04</p><p class="ql-block"> 6、primary cool and : 主冷卻劑。</p><p class="ql-block"> 7、運(yùn)海摶扶，必借垂天之翼；乘流擊汰，必佇飛云之楫：</p><p class="ql-block"> 鯤鵬出海扶搖上天，必須借助于巨大的翅膀，飛流直下劈波斬浪必然要要憑借高大舟楫（巨輪）。</p>