健康资讯 核能新技术 钍熔盐核电厂
林伯强 香港STEM教育学会
原文刊登于《大公报》15/12/2021
自从1940年代，二次大战之后，核技术迅速发展。除了核武器之后，核能发电也被广泛应用。传统核发电是利用铀元素作燃料的压水式反应炉，其运作原理是当核裂变发生时，一个较重的原子核会分裂成两个较轻的原子核和数个中子，例如铀-235(Uranium)会分裂为钡-144(Barium)和氪-90(Krypton)的原子核，在过程释放能量，产生大约1000℃高温，从而加热涡炉中的水产生水蒸气，再推动涡轮产生电力。铀-235核分裂时，会放出两至三个中子。如果附近有很多铀-235核原子，这些中子便可以继续令这种同位素分裂，从而造成连锁反应，使能量释放能继续不断地持续下去。
在受控制的情况下，核裂变产生的核能可以用来发电，是化石燃料以外的一大能源。但是，当核裂变不受控时，便会产生核事故，甚至演变成灾难。例如，1979年美国的三哩岛、1986年前苏联的切尔诺贝尔，以及2011年日本的福岛。在切尔诺贝尔的事件中，由于裂变连锁反应失去控制，引起爆炸，令大量核辐射泄漏到四周。在这次意外中，31名工作人员死亡，500多人受伤，附近几万名居民必须疏散。放射尘经由风、空气、水、土壤和农作物扩散到整个欧洲，影响的范围广泛，并且持续颇长时间。另外，核电站制造的核废料具有放射性，处理和储存这些核废料时，都会出现严重的问题。核废料必须送往处理工厂，有用的原料会从废料中提取出来，剩余的废料会储存在钢质圆桶内，长年埋在偏远地方的地底下。
为了解决能源危机，以及避免核事故发生，美国、法国、日本多国早在1960年代开始研究利用钍(Thorium)元素来代替铀元素来进行核裂变发电，但由于钍元素的腐蚀问题，导致研发技术缓慢。另外，因为铀元素分裂出来的副产品钚元素能够制造成核武器，具有战略价值，以致铀元素核电厂一直沿用至今。然而，世界各国仍然继续钍熔盐反应炉的研究，例如荷兰核研究咨询集团(NRG)在2019年完成首次熔盐核燃料辐射测试，而中国则在2021年7月公布一项商用熔盐核电厂方案，上海应用物理研究所计划在沙漠地区建置100 MW熔盐核电厂。钍虽然也是放射性化学元素，但放射性远低于铀，而且有蕴藏量更丰富，例如中国钍储量为世界最大，能够自给自足20000年。其次，钍元素的副产品也无法制造核武器，产生较少核废料。再者，钍熔盐核电厂不用水冷却，能够在内陆沙漠地区设置，减少使用水资源和水质污染。
在熔盐反应炉中，氦元素并非固体燃料棒，而是溶解于熔盐。熔盐在高温下流过反应炉，液态盐充当冷却剂。如果不幸发生核泄漏事故，熔融体也能迅速冷却和凝固，减少辐射扩散量，减少环境污染。中国计划2060年实现碳中和，因此身为排碳大国，得加快脚步建置再生能源或其他低碳能源。中国计划2030年在甘肃武威沙漠地区建置第一座商用钍熔盐反应塔，目标是在中国中部或西部沙漠和平原建设「多个」钍熔盐反应炉。这个供电体系将朝着「西电东送」前进，即在人口较稀少的西部地区建置多个反应炉，搭配风力和太阳能发电场等能源，为人口密集的东部提供清洁而稳定电力供应。另外，这个计划也打算应用于「一带一路」建设项目，为欧亚非大陆提供可持续的能源供应，构建人类命运共同体，共建共享共同的世界梦。
