郭永亮,陈俊彩,刘 潇,孔慧君,焦照勇

(1.河南工学院 理学部,河南 新乡 453003;2.河南师范大学 物理学院,河南 新乡 453007;3.河南工学院 电缆工程学院,河南 新乡 453003)

0 引言

相较于传统的各类发电站,核电站具有能量密度大、价格便宜、安全性高、环境友好、可靠性强等诸多优势。目前,核电站使用的主流核燃料是传统的铀235U,但是,据世界核能协会(World Nuclear Association)报道,地壳中铀的储量大约为5.7兆吨,以目前的消耗速度计算,仅够人类使用90余年。

另外一种可用于替代铀作为核燃料的材料是钍基材料。钍是一种具有放射性的金属,可以用来制作铀同位素233U。通过中子射击,钍232Th可以变成钍233Th,钍233Th先衰变为镤233Pa,然后衰变为铀233U。铀的这个同位素可以裂变,可当作核电站的燃料使用。目前,地壳中已探明的钍元素的储量是铀的三到四倍[1-3]。此外,作为未来的核燃料,钍比铀具有更多的优势:钍每吸收一个中子的产能高,消耗1吨钍产生的电量相当于200吨铀或3,500,000吨煤的发电量;钍基燃料循环产物中,钚的产量几乎可以忽略,利用钍废料去制造核武器几乎是不可能的;钍反应堆产生更少的核废料,长寿命的锕系放射性元素产量也很少[3, 4],因此它们无需大量、长时间地加以保存。半个多世纪以来,世界上许多国家已进行或正在进行钍燃料发电的研究。

在钍基材料核应用方面,我国40多年前就开展过钍基熔盐堆的研发,限于当时的技术条件,研发工作未能持续。随着经济、科技和工业能力的提升,我国于2011年重启钍基熔盐堆研究,即中科院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统(TMSR)”[5-7],并已取得重大进展,为我国钍基熔盐堆研发开了个好头,但整体上这仍是一项极富挑战的长期任务[7]。……