熔鹽堆

熔鹽堆

氟化鹽混合物的燃料
熔鹽堆(Molten Salt Reactor, MSR)采用熔融的氟化鹽混合物作為燃料,由于核燃料的特殊性,MSR在中子物理學方面與傳統固體燃料反應堆有着較大區别。[1]可以在高溫下工作(可獲得更高的熱效率)時保持低蒸汽壓,從而降低機械應力,提高安全性,并且比熔融鈉冷卻劑活性低。熔鹽堆燃料的後處理可以在相鄰的小型化工廠中連續進行。在這裡,兩個概念得到了研究:具有高中子密度堆芯、燃燒從钍燃料循環中産生的鈾233的“雙流”反應堆,和吸收中子、并最終被轉換為鈾233的钍鹽層。熔鹽堆的機械性和中子性比輕水堆簡單。熔鹽堆證實從燃料鹽中移除锂6阻止了氚的形成。
    中文名:熔鹽堆 外文名:molten salt reactor 别名: 簡稱:MSR 主冷卻劑:熔融态的混合鹽

政治問題

要充分利用熔鹽堆的增殖潛力,反應堆必須配合後處理設施的位置。美國沒有核燃料的後處理過程是因為沒有供應商願意去承包.由于不同主管部門的監管制度差異很大,使得監管風險和相關的成本非常大。英國、法國、日本、俄羅斯和印度當前有一些燃料後處理設施在運行。

一些美國的管理部門害怕任何形式的燃料後處理都會為钚經濟及其相關的擴散危險鋪平道路。

類似的争論導緻了1994年IFR項目的關閉。钍燃料循環的擴散風險來自于潛在的鈾233的分離,該核素可能會用于核武器中,雖然分離過程相當困難。

中國發展現狀

能源背景

化石能源即将枯竭,太陽能、風能不夠穩定,水能開發已過極限。中國未來的能源支柱何在?核能,似乎是一個靠譜的選擇:能量密度高、低碳排放、潛在的可持續發展。

大力發展核能已成為中國能源中長期發展規劃的重點。目前,中國在役13個核電機組,裝機容量為10.234GW,約占全國發電總量的1.5%。按照國家發展改革委的核電發展規劃,2020年,中國在役核電機組将達到70座以上,占總裝機容量的4%~6%以上。據估計,2030年,中國核電比例将達到約10%;2050年将可能超過400GW,超過目前全世界核電裝機容量的總和。然而,目前全世界運行的反應堆絕大多數是熱堆,即由熱中子引發裂變反應。熱堆消耗的主要核燃料是鈾235。自然界中鈾235的蘊藏量僅占0.71%,其餘絕大部分是鈾238,占99.2%。因此,中國乃至世界核能的快速發展均面臨核燃料未來能否穩定供應的嚴峻挑戰。

2005年,中國GDP總和為18.23萬億元,一次能源總耗量為22.3億噸标準煤。如今,中國已成為溫室氣體排放的大國,再過三四十年,中國GDP總量可能達到117萬億元,相應能源需求将會增加很多,同時溫室氣體排放不僅不能增加,還要減少,好比“又要馬兒跑,又要馬兒不吃草”,但核能可以做到。以現有的核電技術而言,1千克鈾所放出的熱量為196億千卡,而1千克标準煤隻能放出7000千卡熱量。

因此,在全球氣候變化的情況下,節能減排、低碳經濟正促使核能在全球複興。據國際能源機構(IEA)預測,至2050年,全球核電裝機容量将達到1200-1700GWe(百萬千瓦)。目前,中國核電僅占總能耗不足2%,根據國家發改委發布的核電中長期發展規劃,到2020年中國核電運行裝機容量将達到40GWe,2050年則可能提高到260GWe及以上。

發展計劃

2011年1月25日下午,在中國科學院2011年度工作會議期間舉行的中國科學院“創新2020”新聞發布會上,中科院宣布,“未來先進核裂變能——钍基熔鹽堆核能系統”(TMSR)等首批戰略性先導科技專項啟動實施。

“未來先進核裂變能——钍基熔鹽堆核能系統(TMSR)戰略性先導科技專項,曆經兩年的醞釀、調研、讨論,于2010年9月25日通過了高層專家參加的咨詢評議,2010年10月26日通過實施方案論證,2010年12月27日通過預算評審,2011年1月11日經院長辦公會議審議批準實施。

TMSR專項的目标:通過20年左右,研發第四代的裂變反應堆核能系統——钍基熔鹽堆核能系統,所有技術均達到中試水平并擁有全部的知識産權。培養出一支規模千人以上、學科和技術門類齊全、年齡分布合理、整體居國際領先水平、具備工業化能力的钍基熔鹽堆核能系統科技隊伍。建成世界級钍基熔鹽堆核能系統研究基地(包括在基礎研究基地和中試研究基地)。

TMSR專項兼顧科學研究、技術發展和工程建設,從钍基熔鹽堆的基本科學問題研究入手,不斷深入對钍基熔鹽堆科學規律的了解;從最小的反應堆工程建設開始,采取逐步放大規模的路線,發展相關的核心技術,最終掌握钍基熔鹽堆核能系統所有核心技術并實現産業化。

2011~2015年起步階段:建立完善的研究平台體系、學習并掌握已有技術、開展關鍵科學技術問題的研究;工程目标是建成2MW钍基熔鹽實驗堆并在零功率水平達到臨界。

2016~2020年發展階段:建成钍基熔鹽堆中試系統,全面解決相關的科學問題和技術問題,達到該領域的國際領先水平;工程目标是建成10MW钍基熔鹽堆并達到臨界。

2020~2030年突破階段:建成工業示範性钍基熔鹽堆核能系統,并解決相關的科學問題、發展和掌握所有相關的核心技術,實現小型模塊化熔鹽堆的産業化;工程目标是建成示範性100MW(e)钍基熔鹽堆核能系統并達到臨界。

在2006年8月16日,北美能源集團公司宣布其準備研發钍基核能發電設施以及钍基電池。但是由于全球新一代核反應堆尚處于研發中,因此中國自主研發钍基熔鹽堆,将可能獲得全部自主知識産權。這将使中國把能源的命脈緊緊把握在自己手中。

前景雖然美妙,但科學家還有很多難題需要攻克。從世界上第一座反應堆試驗成功,到核電站的商業推廣,經曆了近20年的時間;而到目前主流核電站技術的成熟,又經過了20多年的發展。新一代反應堆真正實現推廣使用,可能還需要20-30年的時間。

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