目前,印度開發的釷基燃料循環已接近工業應用水平。鈾資源的匱乏,使印度將釷燃料確定為核電發展戰略的核心內容,並且在釷技術研究和工業應用方麵取得了突破性進展,其擁有世界上唯一的U233實驗反應堆,釷鈾核電站研究開發已有重大突破。印度製定了三階段核能發展計劃,預定於2050年左右實現釷基燃料反應堆大規模商業應用。
2013年,挪威油服公司斥資18億美元進行小型化和係列化的開發,將含90%的釷和10%鈈的燃料棒在反應堆中試用,項目預期時間5年,目前一切順利。英國科學家在曼徹斯特建起了釷能源研究機構,用以設計製造釷能源反應堆的小型加速器(EMMA)。以色列科學家發明的“釷反應堆堆芯設計”已通過在美國賓夕法尼亞的習平波特的一係列堆芯中試驗,獲得美國專利。美國激光能源係統(LPS)公司宣布已經研發出了釷能源汽車,將在2014年向市場提供。此外,加拿大、德國等十幾個國家也針對釷燃料進行了研究。研究的主要目的是對現行的反應堆稍加改動,有效利用鈈,以防止鈈的累積且可節約天然鈾資源。
我國研究曆程
1965年,我國就曾召開全國釷利用會議,之後40年研究,主要集中在釷熱中子增殖堆方案、釷鈾燃料的水法後處理、鈾釷燃料循環的基礎三個部分。清華大學自2001年始與加拿大原子能公司合作開發釷基先進重水堆,已獲得不少突破。2005年,中科院徐光憲等15位院士提出《關於保護白雲鄂博釷和稀土資源,避免黃河和包頭受放射性汙染的緊急呼籲》。2007年,中科院院士歐陽予正牽頭撰寫《釷的核能利用研究》報告,將我國關於釷的核能利用研究正在提上日程。2008年12月,國家能源局組織召開 “釷資源核能利用專家研討會”,對我國當前釷資源核能利用的重要性和迫切性、現存問題及應對措施進行了探討。2009年9月,我國在包頭召開 “2009釷資源核能利用國際學術研討會”,包頭市已成為我國釷資源核能利用研發生產基地。2011年1月,中國科學院首批啟動的戰略性先導科技專項之一,“未來先進核裂變能—釷基熔鹽堆核能係統”正式啟動。科學目標是用20年時間,研發出新一代核能係統,所有技術均達到中試水平並擁有全部知識產權。3年來,明確了總體發展規劃和技術路線,在熔鹽堆概念設計、驗證試驗台架搭建、理論方法研究等方麵取得了具有國際影響的重要進展,在熔鹽材料研究方向取得了國際領先的成果,在結構材料研製方麵取得了突破性進展。2013年9月,長春應用化學所在核純釷的分離純化方麵取得重要進展,發明了一種釷的純化方法,並獲得了國家專利授權,為核純釷的製備打下了良好的基礎。同時,該技術鏈條的實施也有利於實現釷資源的高值化,促進釷的回收,從源頭消除釷對環境的放射性汙染。2014年1月,“中國科學院釷基熔鹽堆核能係統卓越創新中心”在上海成立。
中科院製定的“核能中長期發展路線圖”顯示:到2015年集中力量加強釷—鈾循環和熔鹽反應堆技術的基礎研究和技術攻關,在此後的2020年和2030年前後,力爭完成10兆瓦的釷基熔鹽原型堆和100兆瓦的示範堆。我國結合高溫氣冷堆和加壓重水堆,正探索釷資源利用途徑和合理反應堆堆型,秦山核電站興建的加壓重水反應堆,是利用釷燃料比較成熟的技術,建成後將為我國工業化應用釷燃料提供條件。
(作者車長波為國土資源部地質勘查司副司長研究員;高煖為中國石油大學碩士研究生)