提起核电站,大家伙儿脑海里第一个闪过的画面是啥?
是不是都跟电视里看到的一样,建在海边上,有几个又高又胖的巨大冷却塔,不停地往外冒着白花花的水蒸气?
好像全世界的核电站都长这个样,离了水就活不了。
这几乎成了一个常识,建核电站就得找水多的地方。
可就在前不久,一条新闻让很多人都觉得有点不可思议:咱们国家在甘肃的沙漠里,建成了一个新式的核能装置,据说它发电根本用不着水,哪怕一滴水都不用。
这事儿听着是不是有点玄乎?
在干得冒烟的戈壁滩上搞核电,这不就跟说鱼能上树一样奇怪吗?
这到底是真的假的,背后又藏着什么高科技呢?
今天咱们就用大白话,好好聊聊这个名叫“钍基熔盐堆”的新家伙,看看它到底牛在哪。
要想明白这个新东西有多厉害,咱们得先弄懂,为啥以前的核电站都得建在水边上,成了“用水大户”。
我们现在常见的核电站,比如广东的大亚湾核电站,它的技术类型叫“压水堆”。
你可以把它想象成一个超级无敌巨大的高压锅。
它的工作原理,说白了就是把核燃料,主要是铀,放在这个“锅”里,让它发生裂变反应,这个反应会产生非常非常高的热量。
然后,用水泵把水抽进去,在高压下,这些水被加热成几百度的热水,但因为压力大,水并不会沸腾。
这些滚烫的高压水再流到另一个地方,去烧开另一锅普通的水,产生大量蒸汽,这些蒸汽再去推动一个像大风车一样的东西,也就是汽轮机,汽轮机转起来,就带动发电机发电了。
在这个过程里,水的作用太关键了。
它既是把反应堆里的热量搬运出来的“搬运工”,又是给整个系统降温的“冷却剂”。
你想想,核反应堆中心的温度能达到上千度,要是没有水不停地给它降温,那后果简直不敢想,肯定就烧毁了。
而要把这么大的热量带走,需要的水量也是个天文数字。
举个例子,一个百万千瓦级别的核电站,一个小时就需要循环十几万吨的水来给它降温。
这么大的用水量,除了大海或者长江这样的大江大河,一般地方根本供应不上。
这就带来了两个大问题。
第一个,就是地方给限制死了。
只能在沿海或者有大湖大河的地方建。
可咱们国家很多地方,特别是广大的内陆和西部地区,又缺电又缺水。
电从沿海发了,再用特高压电线长途跋涉送过去,路上就会有不小的损耗,电费也贵一些。
第二个,就是安全上的担忧。
沿海地区,大家都知道,可能会有台风、地震,甚至是海啸。
日本福岛核电站的事故就是个血淋淋的教训,一场大海啸把备用的发电机给淹了,冷却水的泵一停,反应堆里的水烧干了,最后堆芯熔化,造成了非常严重的核泄漏。
这个事让全世界都心有余悸,把核电站建在海边,始终得提防着这些天灾。
那么,有没有办法让核电站摆脱对水的依赖,让它能像骆驼一样,在干旱的内陆地区安家落户呢?
这正是全世界科学家研究了几十年的一个大难题。
现在,中国的科学家们,用这个“钍基熔盐堆”,给出了一个漂亮的答案。
这次在甘肃武威沙漠里亮相的,是我国科学家自己研发的全球第一座液态燃料钍基熔盐实验堆。
这里面有两个词最关键,一个是“熔盐”,一个是“钍”。
这就是它不用水的秘密武器。
先说说“熔盐”是啥。
其实说白了,就是一些特殊的盐,比如氟化盐,把它加热到几百上千度,它就从我们平时吃的盐那样的固体颗粒,变成了像油或者蜂蜜一样能流动的液体。
这种液态的盐,就是新式反应堆里的“血液”。
它代替了传统核电站里的水,既当“搬运工”又当“冷却剂”。
你可能会觉得奇怪,用盐来降温,能行吗?
它比水好在哪儿呢?
好处可太大了。
我们知道,水的沸点是100度,在核反应堆那种高温下,为了不让它烧开,就必须给它加上一百多个大气压的巨大压力。
所以传统反应堆才叫“压水堆”,像个随时可能爆炸的高压锅,外面得包上厚厚的钢壳。
而熔盐呢?
它的沸点超过1400度,在反应堆里七八百度的工作温度下,它根本没有沸腾的压力,就在普通的压力下安安稳稳地流动。
这就好比一个用普通锅烧水,一个用高压锅烧水,哪个更安全,一目了然。
没有了高压,整个系统的危险性就大大降低了。
更厉害的是,这个熔盐不光是冷却剂,它还是燃料的“专车”。
在以前的核电站里,核燃料是做成一根根固体的棒子插在反应堆里的。
而熔盐堆呢,它直接把核燃料,也就是第二个关键词“钍”,溶解在液态的熔盐里。
也就是说,燃料就是液体,跟着熔盐一起在管道里循环流动。
这样做的好处是颠覆性的。
首先,可以一边运行一边加燃料。
以前的核电站要换燃料棒,那可是个大工程,必须停机,把整个反应堆打开,把旧的拿出来,新的放进去,整个过程又复杂又慢,一停就是一两个月不发电。
现在这个熔盐堆呢?
燃料不够了,就像给汽车加油一样,直接往回路里加点新的燃料盐就行了,反应堆可以一直工作不间断,发电效率自然就高多了。
其次,就是这个燃料“钍”。
为啥不用大家更熟悉的“铀”呢?
这也是一步高棋。
从储量上看,地球上钍的储量比铀要多出三四倍,而且特别巧的是,咱们国家钍资源非常丰富,它经常和稀土矿伴生在一起。
我们是稀土大国,所以钍也基本不缺,这就等于把未来能源的饭碗牢牢端在了自己手里,不用再看别人的脸色。
而且,从环保角度看,用钍做燃料产生的核废料,那些有长期强放射性的东西比铀燃料少得多,毒性降低到安全水平只需要几百年,而铀燃料的废料则需要几万年甚至更久。
这给我们子孙后代留下的环保压力就小太多了。
最最核心的一点,是它逆天的安全性。
福岛事故的根本原因,就是断电以后,冷却水的泵停了。
而熔盐堆从设计上就考虑到了最坏的情况。
在反应堆的最底下,有一个用特殊材料做的“塞子”,叫“冻结阀”。
正常工作的时候,靠外面的冷却装置让一小部分熔盐在这里冻住,像个冰塞子一样把出口堵得死死的。
万一发生任何意外,比如大地震把电全给震断了,冷却装置一停,这个“冰塞子”就会被高温的熔盐自动融化掉。
然后,整个反应堆里带着核燃料的熔盐,就会在重力的作用下,自己哗啦啦地流到地下的一个专门的应急储存罐里。
这些罐子有特殊的设计,不需要电,也不需要人操作,就能靠自然散热把熔盐慢慢冷却下来,最后变成一块安全的固体盐块,把所有放射性物质都牢牢地锁在里面。
这种“一出事自己就会刹车”的设计,从根子上就避免了堆芯熔毁这种最可怕的核事故。
现在我们把这些优点串起来看,一幅未来的能源蓝图就非常清晰了。
有了这种不用水、更安全、燃料还管够的新式核电站,我们就可以把它建在任何需要电的地方了。
不管是大西北的戈壁滩,还是华北的缺水地区,都可以成为未来清洁能源的生产基地。
这不仅能解决内陆地区的用电问题,减少长途输电的浪费,还能大大改善我们国家的能源结构。
我们可以想象,未来在那些风力、太阳能丰富的地方,建几座小型的熔盐堆,作为稳定可靠的电力来源,和那些“靠天吃饭”的风电、光电打个配合,就能组成一个非常强大的绿色电网。
这对于我们减少对煤炭的依赖,实现碳达峰、碳中和的目标,改善我们呼吸的空气,意义实在是太重大了。
这不仅是中国在核能技术上的一次巨大飞跃,更是我们为解决全球能源问题和环境保护问题,贡献出的一份实实在在的中国智慧和中国方案。