釷的長期核能應用潛力

印度的沙地蘊藏著為該國無碳未來提供燃料的巨大潛力。由于印度擁有世界上最大的釷儲量，其長期核能戰略的最終目標就是開發這種銀白色、略帶放射性的金屬，這種金屬被認為比傳統核燃料更清潔、更高效。

印度孟買霍米·巴巴國家研究所所長Anil Kakodkar說：“自印度核能計劃啟動以來，釷一直是研發的重點。”印度已經設計并正在開發一個以釷為燃料的反應堆——先進重水反應堆。據Kakodkar稱，該反應堆不僅將示范釷基燃料循環，還將示范非能動安全特性。

印度并非唯一打算利用釷獨特特性的國家。2023年6月，中國頒發了一座實驗熔鹽釷基核反應堆的運行許可證。該反應堆建在中國北部的戈壁灘中，將在未來幾年內進行測試。日本、英國、美國和其他國家也對研究釷的可能核能應用表現出了熱情。

釷用于能源生產的挑戰

釷通常存在于火成巖和重礦砂中，以挪威神話中的雷神托爾命名。在自然界中，它比鈾含量上高出三倍，但歷來很少用于工業或發電。部分原因是釷本身不是核燃料，盡管它可以用來制造核燃料。釷-232是唯一天然存在的釷同位素，被認為是“可裂變”的。這意味著它需要鈾或钚等驅動元素來引發和維持鏈式反應。經過輻照后，釷-232會發生一系列核反應，最終形成鈾-233，然后鈾-233可以分裂釋放能量，為核反應堆提供動力。

然而，利用釷生產能源并非沒有挑戰。一些經濟和技術障礙使釷的應用面臨挑戰。盡管釷資源豐富，但目前提取這種金屬的成本卻很高。“礦物獨居石是稀土元素的主要來源，也是釷的主要來源。”原子能機構鈾資源專家Mark Mihalasky說，“如果沒有目前對稀土元素的需求，獨居石就不會僅因其釷含量而被開采。釷是一種副產品，提取釷所需的方法比提取鈾的方法成本更高。但是，如果對釷及其核能應用有更高的需求，這種情況就會改變。”

同樣昂貴的還有釷動力核設施的研究、開發和測試，因為在釷方面缺乏豐富的經驗，而且鈾在核能方面歷來占據主導地位。“釷的另一個障礙是輻照后難以處理。”原子能機構燃料工程和燃料循環設施技術負責人Anzhelika Khaperskaia說，“由于釷中存在強伽馬射線發射子產物，因此與鈾燃料相比，釷燃料需要更昂貴的遙控燃料制造工藝。此外，乏釷燃料的后處理也具有挑戰性。溶解二氧化釷和處理氣態產品存在困難，需要在工業規模上達到成熟。由于在溶解過程中使用氟化物，后處理設備也會受到腐蝕。”

一項為期四年的原子能機構協調研究項目重點研究開發釷基核能的可能性，研究使用釷作為燃料的好處和挑戰，并分析其在不同類型反應堆中的應用——從最常用的水冷反應堆到熔鹽反應堆。該項目的成果最近發表在一份題為《部署釷基核能的近期和長期選擇》（原子能機構《技術文件》第2009號）報告中。

釷能提供什么？

釷比傳統核燃料鈾-235有幾個優點。在為水冷堆或熔鹽堆提供燃料時，釷產生的可裂變材料（鈾-233）多于其消耗的可裂變材料，而且與钚燃料相比，釷產生的長壽命次錒系元素較少。據估計，釷在地殼中的平均含量為10.5ppm，而鈾的含量約為3ppm。

上述原子能機構報告作者之一，原子能機構燃料循環設施專家Kailash Agarwal說：“由于釷的豐富性及其可裂變材料的增殖能力，釷有可能為人類的能源需求提供長期解決方案。”

除了釷燃料反應堆和核能總體上在運行中不會排放溫室氣體之外，另一個優點是，與目前鈾燃料反應堆相比，它們產生的長壽命核廢物更少。

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