夠中國用千年！我國攻克世界級難題，搶先美國建造“無限能源”

上世紀四十年代末，美國人曾提出“釷基熔鹽堆”構(gòu)想，準備利用核能的裂變搞出“無限能源”，為空軍的轟炸機提供更高效的航空核動力。

可由于這項技術(shù)要攻克的難關(guān)實在太多，美國人最終選擇放棄，重新?lián)Q了一條相對比較容易實現(xiàn)的賽道。

讓美國人萬萬沒有想到的是，就在六十年后，中國科學(xué)家竟然攻克世界級的難題，搶先一步在祖國大西北的荒漠深處建造出了夠中國使用上千年的“無限能源”。

到底什么是釷基熔鹽堆？這種連美國人都不愿意面對的難題中國科學(xué)家又是如何攻克的呢？

一、

二戰(zhàn)末期，美國政府把空軍的發(fā)展列為重中之重，于1946年5月28日啟動核能飛行器推進工程，計劃用液態(tài)燃料熔鹽堆提供更加高效的核動力。

經(jīng)過5年的反復(fù)論證，名為“ANP”的核能飛行器計劃正式落地。

按照美國政府的要求，這種新型的轟炸機中須采用4個核動力渦輪發(fā)動機，達到200MW的功率，實現(xiàn)可連續(xù)飛行數(shù)周的目標。

美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）承擔了ANP計劃中核能引擎反應(yīng)堆的研發(fā)任務(wù)，利用3年時間建設(shè)了世界第一座熔鹽堆實驗裝置。

實驗裝置建成后科學(xué)家們進行了大量的實驗，反復(fù)改進熔鹽堆的構(gòu)造，可效果都不甚理想。

由熔鹽堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能最高功率只能達到2.5MW，遠低于ANP計劃的要求。

這個功率雖然比大部分噴氣式燃料發(fā)動機的功率要高，但卻并不足以取代對方。

就在美國橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家們處心積慮苦思如何破解難題的時候，戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的發(fā)展后來居上，徹底改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的形態(tài)。

這讓困難重重的核動力轟炸機研究失去了軍事應(yīng)用價值，變得越來越雞肋。

因此在上世紀六十年代，美國政府決定不再死磕熔鹽堆的研究，讓其轉(zhuǎn)為民用。

沒有了緊迫的壓力后美國橡樹嶺國家實驗室的研究反倒是向前走了一大步，于1965年建成8MW的液態(tài)燃料熔鹽實驗堆。

盡管取得了技術(shù)上的突破，但正被“冷戰(zhàn)”搞得有些神經(jīng)質(zhì)的美國政府卻并沒有太在意。

他們選擇了見效更快、技術(shù)難點相對較少的“鈉冷快堆”，將曾經(jīng)高度重視的“液態(tài)燃料熔鹽堆”計劃棄之如履。

慢慢的這種有著遠大前景的“無限能源”研究徹底轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域，不再被受到國際主流的重視。

美國人不知道的是，就在他們把這個計劃拋之腦后的時候，“熔鹽反應(yīng)實驗堆”的特點引起中國科學(xué)界和政府的高度重視。

一場奇跡般的超越就這樣拉開了序幕。

二、

借鑒美國方面的成功經(jīng)驗，上世紀七十年代中國科研人員選擇釷基熔鹽堆開始發(fā)展民用核能，并于1971年在上海建成我國第一座達到預(yù)期的零功率冷態(tài)熔鹽堆。

雖然取得了初步的成功，但由于當時我們的科技水平、工業(yè)能力和經(jīng)濟實力都有限，所以最終我國還是選擇將“輕水反應(yīng)堆”作為發(fā)展民用核能的主要方向，暫緩“杜基熔鹽堆”的研究。

進入二十一世紀后，世界各國對能源的需求進一步增加，“無限能源”的構(gòu)想再一次被重視了起來。

2002年9月，中、美、德、俄等十多個國家召開GIF會議，在94個概念堆的基礎(chǔ)上，確定了六種第四代核電站概念堆系統(tǒng)。

熔鹽反應(yīng)堆是這六個核反應(yīng)堆系統(tǒng)中最被看好的。

于是中國科學(xué)院在2011年啟動了“未來先進核裂變能”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，將釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)作為其兩大部署內(nèi)容之一。

按照專項計劃，未來20年的時間里中國將致力于研發(fā)第四代先進裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)，實現(xiàn)核燃料多元化、核廢料最小化、防止核擴散等戰(zhàn)略目標。

中國有儲量豐富的稀土資源，釷礦儲量超140萬噸，占全球探明儲量的近四分之三。

因為有足夠的研究原料，所以中國在“杜基熔鹽堆”的研究上走的又穩(wěn)又快。

二十世紀的第一個十年剛過，中國科學(xué)家們就解決了核反應(yīng)堆中最讓人頭疼的“熔鹽腐蝕”難題，研發(fā)出新型鎳基合金材料。

這種全部由中國人自主研發(fā)的材料非常厲害，在700度熔鹽里泡五年都不會影響使用效果，使整個世界都為之側(cè)目。

見中國的“杜基熔鹽堆”研究已經(jīng)開始大踏步向前，逐漸從實驗室轉(zhuǎn)向工業(yè)化，美國人坐不住了。

他們的能源部聯(lián)合國家實驗室、前沿大學(xué)、核學(xué)會等機構(gòu)與中國科學(xué)院簽署“核能科技合作諒解備忘錄”，在核能技術(shù)方面開啟合作之門。

從曾經(jīng)的模仿者和追趕者變成實力相當?shù)暮献髡撸袊糜矊嵙φ鞣瞬豢梢皇赖拿绹恕?/p>

“杜基熔鹽反應(yīng)堆”運轉(zhuǎn)時能產(chǎn)生700攝氏度的持續(xù)高溫熱能。

這種能量技能被用來發(fā)電，而且還可以被用作海水淡化。

正常情況下，一座釷基熔鹽堆運行起來每天都可以產(chǎn)生20噸的淡水。

只要能夠?qū)⑦@個技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，將來“杜基熔鹽反應(yīng)堆”就可以進一步縮小體積，應(yīng)用到戈壁、荒漠、海島等整體電網(wǎng)無法覆蓋的地方，為祖國的邊防提供有力保障。

“杜基熔鹽反應(yīng)堆”的唯一缺點就是建造成本比傳統(tǒng)的核電站要高出差不多30%。

但成本高出的百分之三十背后卻是燃料費用降低將近一半。

最為夸張的是，這種新型核反應(yīng)堆的碳排放量僅為煤電的1%，對環(huán)境的影響很小，是最理想的一種清潔能源。

在大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天，“杜基熔鹽堆”的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。

哪個國家提前攻克難關(guān)，徹底拿下這項技術(shù)，哪個國家就能夠在“無限能源”的開發(fā)領(lǐng)域占得先機。

三、

2017年11月，中科院與甘肅省政府簽署了“釷基熔鹽反應(yīng)堆”項目戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，計劃在2020年建成釷基熔鹽反應(yīng)試驗堆。

計劃推行的很順利，僅僅過去半年就落戶于武威民勤的荒漠深處。

這座由中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所牽頭的杜基熔鹽堆項目的設(shè)計熱功率達到了2兆瓦，一旦建成將是世界上最大的民用釷基熔鹽實驗堆。

由于沒有可借鑒的成熟經(jīng)驗，所以工程建設(shè)起來難度不小，面臨“無技術(shù)、無條件、無團隊”的“三無”困境。

項目核心領(lǐng)導(dǎo)者、上海物理研究所原所長徐洪杰于是要求科研人員“轉(zhuǎn)行”，深入到建設(shè)一線去邊干邊學(xué)，隨時解決出現(xiàn)的技術(shù)難題。

為此年近七旬的他親自擔任工程總指揮，成天都泡在施工現(xiàn)場。

經(jīng)過他和眾多技術(shù)人員、建設(shè)人員的共同努力，項目終于如期完工。

這個過程中徐洪杰他們發(fā)揚老一輩科研人“甘坐冷板凳”的奉獻精神，不發(fā)論文、不申請獎項，為了祖國的利益做起了新時代的“隱姓埋名”者。

2023年6月，實驗堆取得國家核安全局頒發(fā)的核設(shè)施運行許可證，這是國際上首個經(jīng)過國家核安全監(jiān)管部門審查并頒發(fā)的熔鹽堆運行許可證。

僅僅4個月之后，這座杜基熔鹽堆就實現(xiàn)首次臨界。

2024年6月17日，在所有科研人員的見證下，實驗堆首次實現(xiàn)滿功率運行，熱功率毫無意外的達到設(shè)計要求的2兆瓦。

2024年10月，這座完全由中國科學(xué)家設(shè)計建造的試驗堆在萬眾矚目中完成世界上首次熔鹽堆加釷實驗，率先在國際上建成熔鹽堆與釷鈾燃料循環(huán)研究平臺。

官方資料

就在世界其他國家還在猜測中國“釷基熔鹽堆”的設(shè)計理念的時候，2025年11月中國科學(xué)院又傳來好消息，這座2兆瓦的液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆已經(jīng)實現(xiàn)釷鈾核燃料轉(zhuǎn)換。

按照釷入熔鹽堆運行后實驗數(shù)據(jù)分析，戈壁灘上的反應(yīng)堆所轉(zhuǎn)換的核能足夠我國使用上千年，無愧于“無限能源”的稱號。

釷燃料入堆的成功運行不但進一步鞏固了我國在國際熔鹽堆研究領(lǐng)域上的主導(dǎo)地位，也證明中國在清潔能源領(lǐng)域的創(chuàng)新和研發(fā)是遠超世界其他國家的。

從二十一世紀初開始，高瞻遠矚的中國政府就大力扶持清潔能源的研發(fā)。

經(jīng)過二十年的厚積薄發(fā)，中國在該領(lǐng)域迎來了爆發(fā)。

光是2022年，中國人就提交了具有國際競爭力的清潔能源專利5000多項，位居世界第一，是美國的2倍多。

歐洲專利局首席經(jīng)濟學(xué)家感嘆，如果剔除中國的數(shù)據(jù)，全球清潔能源創(chuàng)新進度幾乎可以忽略不計。

為了不被中國甩的太遠，美國能源部已經(jīng)開始重啟熔鹽堆計劃，印度也在嘗試摸著中國的成功經(jīng)驗“過河”，開始搞起了釷反應(yīng)堆研究。

就在這些國家爭相追趕的時候，中國科學(xué)家已經(jīng)在著手研究“無限能源”的推廣。

相信在不久的將來，許多沙漠國家都將使用上中國制造的“無限清潔能源”，逐漸擺脫缺水少電的困境。