相对于铀能源，钍能源很安全、有前景吗？ 第1页

钍主要天然同位素为Th232，在反应堆中吸收一个中子后生成钍233，经两次β衰变生成铀233，铀233是可作为核燃料的易裂变核素（类似铀235或钚239），钍232-铀233组合在热中子裂变情形下释放的有效中子数量多于铀235，有希望在某些热中子堆中实现自持和缓慢增殖。铀233快中子核性能相对于另外两种核燃料没有优势，更适合在快堆中增殖而非作为燃料。

钍原子序数和质量数较铀低，需要吸收更多的中子才会变成超铀元素，钍-铀燃料循环在核燃料循环中超铀元素的产生量上比传统的铀-钚循环有显著减少，是一个很大的优点。但超铀元素（也称次要锕系元素）主要在在万年至百万年以上尺度上贡献核废物放射性和毒性，两种燃料循环在乏燃料主要放射性来源的核裂变产物（几千年以内）上几乎没有区别。

二氧化钍陶瓷的化学惰性和高热导率相对二氧化铀燃料有优势，在现行轻水堆中使用钍基燃料有轻微的安全优势，但由于需要易裂变核素作为驱动燃料（浓缩铀或者钚），燃料加工难度大，在经济性上不占优，在一次通过循环情景下节省的天然铀资源有限。由于超铀元素产额低的优势，可以作为削减钚库存的一种选项。

钍232-铀233燃料循环中会伴生具备强γ子体的铀232，在防止核扩散上有一定优势；但由于中间过程镤233的半衰期较长，在实现镤分离的情况下，仍有一定核扩散风险。由于伴生铀232的强γ放射性，闭式燃料循环过程中制造新燃料元件需要大量遥控，在现有水堆中采用钍-铀燃料闭式循环在经济和技术上难度较大。

钍资源在资源保障上有显著优势，地壳丰度是铀的3~4倍，在目前几乎没有什么大宗工业用途的情况下，仍拥有与铀资源相当的探明储量。我国的白云鄂博有丰富的钍资源储量；相对缺少铀资源的印度、巴西拥有很大的蕴藏在滨海砂矿中的钍资源。

在重水堆或高温气冷堆，钍-铀燃料可以实现自持，但重水堆中要么需要非常频繁的后处理、要么需要非常高超过现有材料的燃耗，技术上存在困难；高温气冷堆实现钍自持的功率密度太低经济性不佳，但高温气冷堆具备燃耗高的特点，在一次循环情况下在高温气冷堆利用钍资源可能是经济的。

在热中子熔盐堆中，则有希望实现基于钍铀燃料循环的热中子增殖堆，但增殖比不高，如果能结合在线燃料处理，增殖比可以与快中子增殖堆接近；但熔盐堆技术、在线燃料处理等方面存在很多技术困难，尚未有可靠的熔盐堆示范堆运行经验，橡树岭实验室曾经运行过小功率的熔盐堆实验堆，包括2.5MW热功率的 ARE（美国飞行器反应试验堆）和7.4MW热功率的 MSR（熔盐实验堆），在MSR实现了钍-铀燃料循环，并探索了反应堆物理和工程材料，但大型化的示范堆由于美国核能发展路线的变化停留在图纸上。已运行的熔盐堆使用液态熔盐核燃料（锂7富集物、铍、钍、铀的氟化物熔盐），同时作为燃料和冷却剂，石墨作为慢化剂，熔盐堆安全性在理论上优于现有的水冷反应堆。

由于超铀元素产额少，利用快中子谱的钍基熔盐堆概念虽然技术难度更大，但可以实现堆内嬗变策略，在削减核废物方面存在优势（传统的分离—嬗变策略是在核燃料后处理过程中分离长寿命废物制作靶件，然后在嬗变反应堆或ADS中利用中子将长寿命放射性核素变成稳定或短寿命核素，熔盐堆在在线处理燃料过程中可以通过将长寿命放射性核素留在熔盐中，只去除某些短寿命废物和中子毒物，实现堆内嬗变）。同样的，基于快中子熔盐堆技术的ADS（加速器驱动次临界装置）也非常有诱惑力。如果能够实现快中子钍基熔盐堆嬗变核废物，可以将长寿命核裂变废物的半衰期削减至数百年以内，但核电厂运行和燃料嬗变过程仍然需要对巨量放射性进行管理。

随着高温气冷堆技术的成熟，还出现了使用高温气冷堆TRISO-石墨燃料，熔盐冷却的熔盐高温堆概念。利用高温熔盐代替了高压氦气，在安全性和功率密度上优于高温气冷堆并保留了高温气冷堆的高温工艺热特点（当然也面对熔盐堆的诸多工程问题），这种反应堆也可以利用钍燃料，但与高温气冷堆一样，主要是一次通过循环。

基于钍232-铀233燃料循环的钍基裂变核能仍然是核裂变能源，不能本质上避免裂变核能面临的两个主要问题：能源生产和乏燃料处置过程中大量人工放射性的管理问题和核扩散问题（某种程度上来讲，受控核聚变也不能避免），当然这两个主要问题并非反对核能的充分理由。

钍基裂变核能是现有裂变核能系统实现革新——如大幅度削减长寿命放射性废物（分离—嬗变技术路线）、解决铀资源量限制、设计运行本质安全核能设施的重要技术选项，是下一代核能技术的重点之一。我国已经开展钍基熔盐堆的技术研究，是“未来先进核裂变能”战略性先导科技专项的组成之一。

从这篇报道的内容来看，可以说，这篇报道对钍基核能系统的发展描述太过理想化和美化了。钍基先进核能系统可以削减核废物，但谈不上没有核废物、没有放射性，可以更安全，但还谈不上绝对安全，在工程进展上是需要漫长和昂贵的科研过程的。实际上，核聚变的某些宣传也存在类似的过度理想化。 艾尔文.温伯格的《第一核纪元》曾经回顾过美国核能发展路线和熔盐堆的历史，但令我印象深刻的不是技术，而是“第一核纪元”时代普遍的“”“技术救世论”最终破灭的过程——公众和技术界在核能发展初期的盲目乐观和严重核事故之后的悲观盲目是一脉相承的。