钍会成为核电的未来吗？

除非你很喜欢关于煤气灯和使其光线亮堂的灯罩的小事，不然你或许从未听说过钍，但你在未来或许会听到更多关于它的音讯。这种不起眼的金属将有朝一日能够跟铀相媲美，从而成为核燃料的首选。

钍是什么?

钍由瑞典化学家Jons Jakob Berzelius于1828年发现，以北欧的雷神Thor命名。它是一种略带放射性的金属，在国际各地的岩石和土壤中都有微量存在，其间在印度和爱达荷州特别丰厚。

钍只要一种首要的同位素--232Th，它的其他同位素则只以细小的痕迹存在。这种同位素最终会衰变为铅同位素208Pb。不过使钍变得风趣的是，232Th能够很简单地吸收经过的中子然后将其变成233Th。这种新同位素会在几分钟内宣布一个电子和一个反中子从而成为233Pa--一种钯的同位素。它的半衰期为27天，随后会转化为一种叫做233U的铀同位素。换言之，核燃料。

但是应战在于对燃料和反应堆的规划，从而使其发生的233U比反应堆耗费的多。假如能做到这一点，那么钍就比铀有优势，由于铀不能发生更多的燃料或在传统反应堆中“繁衍”。别的，也有或许将钍和钚混组成一种混合燃料，然后在钚被耗费的一起发生铀。

这傍边的窍门是找到燃料的最佳混合和组织，从而能够处理中子和它们的吸收。别的，钍也会吸收快中子，所以它们也能够用于快速熔盐反应堆和其他现在正在呈现的第四代反应堆，经过铀或钚燃料来发动裂变--尽管它不像238U那样好用。

钍反应堆

自1960年以来，从橡树岭国家试验室的钍基核反应堆开端现已制作了一些钍反应堆，现在还有一些研讨反应堆在运转。现在，尽管钍被一些人视为动力和环境问题的千年解决计划，但由于高额的发动本钱和一些技能妨碍，这种计划也就无法发动。

据了及诶，开展如此缓慢的部分原因是，铀基反应堆和支撑它们的基础设施在第二次国际大战后有一个长时间的起步。20世纪70年代，液态金属快中子反应堆(LMFBR)的开展好像比钍的商业运用更有开展远景，美国政府在1973年后基本上抛弃了钍的研讨。

比及21世纪初，该范畴的许多工程师乃至不知道钍反应堆。现在，有许多不同的钍反应堆规划正在开发，特别是在印度和我国。以下是一些正在运转、正在制作或仍在绘图板上有关钍反应堆的状况：

先进重水反应堆(AHWR)

这些反应堆的中子被重水减缓或平缓，重水在化学上跟一般轻水相同，但氢原子被氘替代，氘是带有一个额定中子的氢(2H)。冷却则是经过轻水在重力驱动的水池中天然循环进行的。

由于钍会吸收中子，所以它是AHWR的一个十分好的燃料。此外，该技能现已在CANDU等重水反应堆中运用了几十年。当驱动燃料被收回的233U替代，所发生的能量就有80%来自钍循环。

印度最新的规划--AHWR-300反应堆将在孟买的巴哈原子研讨中心(BARC)投产时运用钍芯。

水均匀反应堆(AHR)

水均匀反应堆(AHR)跟其他反应堆不同，它们的核盐如硫酸铀或硝酸铀溶解在轻水或重水中作为燃料源、冷却剂和慢化剂。经过运用重水，其有或许将可溶性钍盐引进其间。

沸水反应堆(BWR)

望文生义，沸水反应堆经过煮沸冷却剂水来发生蒸汽从而使涡轮机旋转。它们的长处是规划灵敏、不同长度和成分的燃料棒能够在堆芯中摆放以习惯钍钚燃料。在这些反应堆中，能够经过装备钍元素的方法将BWR变成一个增殖反应堆，其发生的燃料比它耗费的多，而这在热中子堆芯中通常是不或许的。

压水式反应堆(PWR)

压水式反应堆(PWR)是最常见的核反应堆之一，其运用一个设置在压力容器中的堆芯来进步水温。尽管有或许为这些反应堆出产钍燃料元件，但它们的规划不是很灵敏且无法出产出很多的233U。

熔盐反应堆(MSR)

熔盐反应堆(MSR)运用加热到700°C的盐的混合物作为冷却剂和核燃料的容器。在这种状况下，氟化钍和氟化铀的混合物混合在盐中，而不是包含在燃料棒中。由于它在大气压力下运转并答应在封闭时运用被迫安全体系，所以不只使反应堆更有功率，并且还消除了对包容反应堆的重型结构的需求。此外，该反应堆能够定时弥补燃料并经过化学循环清洗副产品，并且它还有或许成为增殖反应堆。

高温气冷式反应堆(HTR)

高温气冷式反应堆(HTR)是第四代反应堆，它运用的钍基燃料是涂有热解碳和碳化硅层的鹅卵石方式，它们能够保存裂变气体，之后涂上石墨作为慢化剂，从而维护燃料免受高温影响。这些卵石床反应堆在顶部输入燃料，废卵石则从底部取出。冷却经过慵懒氦气的循环发生。

快中子反应堆(FNR)

快中子反应堆(FNR)运用快中子，而非传统类型反应堆中运用的慢中子或热中子。这种类型的反应堆不需求慢化剂来运作，它能够焚烧钍，但它也能够运用贫化铀，贫化铀供给量大且相对廉价。

加速器驱动反应堆(ADS)

加速器驱动反应堆(ADS)是一个概念反应堆，能够运用跟钚混合的钍。在这种规划中，燃料被保持在一个比保持核反应所需的更低的密度。反之，燃料被一个粒子加速器发生的中子炮击。这使得它十分安全并发生十分短寿的核废料，但为这样的反应堆制作一个满意牢靠的加速器仍是一个首要妨碍。

优势与下风

钍作为未来的核燃料，跟铀比较有着许多优势和下风。其间最重要的是，另一种燃料来历将极大地添加可用的动力资源。钍在地壳中像铅相同丰厚，美国的供给能够满意该国一千年的动力需求，而无需像铀燃料那样进行广泛的浓缩。此外，一些钍反应堆的规划能够比现在的加压反应堆发生更少的核废料，且发生的废料比传统燃料的同位素衰减得更快。

而在硬币的另一面，开发钍核电体系将需求贵重的开发和测验，这是很难证明的，由于铀相对廉价且制作反应堆的本钱很少在燃料上。此外，仍需求铀基燃料作为发动核反应的驱动力，这意味着钍和铀的基础设施都需求被保存下来。

然后是233U的问题，由于辐射问题，233U很难被处理，由于它含有微量的232U，这是一个十分活泼的伽马射线发射器。

误解

运用钍来出产动力的主意现已吸来了一些误解，乃至是完全的阴谋论。部分原因是许多钍反应堆的规划是先进的第四代和增殖反应堆。

这好像混杂了一些人，让他们认为一切钍反应堆都比铀反应堆更先进且钍和增殖反应堆是近义词。在一些圈子里，这将钍提升为一种奇特的技能，听说它被漆黑实力限制得一无可取。

一个继续存在的误解是，钍无法用于制作核兵器，这便是该技能被抛弃的原因。假如咱们议论的是钍自身，这是真的，但它发生的233U能够且现已被用于制作炸弹，尽管它的放射性太强，除了专家之外任何人都不能处理，并且假如规划不恰当还会让233U预先引爆，从而使得兵器无法正常运作。

有些人则认为，钍被尼克松政府限制是由于它无法用于出产钚，而钚可用于核兵器。这并不建立，由于美国一向将民用和军用核项目严厉分隔。并且无论如何，民用反应堆并不合适出产兵器级钚。

事实上，钍在很大程度上是由于经济原因此被抛弃的--燃料的制作本钱十分高，而铀在组合中仍需求。

另一个误解是，钍比铀多。尽管地壳中的钍确实是铀的三倍，但钍不溶于水，而铀能够。这意味着海洋中约有50亿吨铀，而地壳中的钍只要640万吨，并且在挖掘过程中会有更多的铀从地壳中浸出到海中。

简而言之，尽管钍能够为咱们的文明供给数千年的动力，但假如海洋提取变得有用铀能够为人类供给动力--一向到咱们不得不搬到另一颗星上，由于那个时候，太阳现已变得太老了。

但是在印度等地，钍资源丰厚且简单取得，印度正在使用其本乡供给来制作钍反应堆。无论如何，由于大多数先进的核反应堆都是增殖器，燃料问题或许很快就变得没有意义。

最终这一点特别重要，由于尽管钍反应堆发生的长时间超铀核废料比铀反应堆少得多，但快中子增殖反应堆跟后处理相结合也有带来相同的远景。

未来

现在，钍正在复兴，眼下在荷兰进行熔盐钍技能的试验，不只在印度并且在我国和其他地方也都有在制作着相关的反应堆。在一个越来越重视碳排放的国际里，扩展零碳核电在国际市场上的比例的呼声也变得越来越激烈。很或许跟着第四代反应堆技能的投入运用，未来的动力将或许来自混合运用了铀和钍的电网。