随着核电的发展,核燃料需求量的增大,寻找其它可利用的核燃料是十分必要的。钍一直被认为是一种潜在的核能资源,各国在钍资源核能利用方面开展了大量研究开发工作。我国钍资源核能利用虽然取得了一些成绩,但与美国等相比还存在较大差距,还需加大对这方面的研发力度。为此,国家能源局于2008年12月11日组织召开了“钍资源核能利用专家研讨会”,会议由国家能源局局长张国宝主持,财政部、科技部、中科院、中国工程院等部门和专家参加了会议。会议对我国当前钍资源核能利用的重要性和迫切性、现存问题及应对措施进行了探讨。
一、钍资源核能利用的重要性和迫切性
近年来,为应对能源安全和气候变化的挑战,世界范围内核电复苏势头明显。然而,发展核电必须要有足够的核燃料供应。目前的核燃料主要是铀。随着世界核燃料需求量的增大,铀的价格波动也很大,2007年中期曾突破每公斤300美元的价格。而且铀的储量有限,据世界核协会报告称,现已探明的铀储量只能使用50~80年。可见,从长远角度看,找到一种可补充接续的核燃料对丰富来源和保障供应十分必要。
在国际上,钍一直被认为是一种潜在的核能资源:钍在全球的储藏量估计为铀的三倍;钍-232向铀-233的转换率比铀-238向钚-239的转换率更高;钍-铀燃料循环比铀-钚燃料循环产生的高毒性放射性核素更少;钍基燃料在反应堆内可允许更高的燃料芯块温度和更深的燃耗;钍基燃料对各种堆型的适应性较好,无需对现有反应堆的燃料组件和堆芯几何尺寸及相应的结构材料作重大改变等。
为扩大核燃料的供应来源,从20世纪60~70年代开始,美、欧等发达国家就对钍资源核能利用开展了大量研究开发,并在各种实验堆和动力堆中使用过钍燃料。美国在核能发展的早期就将钍引入铀基反应堆中加以利用;日本则始终把钍资源核能利用列为潜在的能源之一,做了不少基础应用研究;印度已建立了比较完整的钍循环研发体系,其核电发展的最终目标是希望在2050年开发出以钍为燃料的核能技术;德国是钍燃料的积极推动者,其开发的高温堆都是基于钍燃料循环;加拿大认为目前距开展全堆钍基燃料装料工程化应用为期不远。可见,这些国家已在钍资源核能利用方面开展了不同程度的探索工作,但由于钍资源核能利用特点及存在的问题,至今尚未真正用于核能生产。
二、我国钍资源核能利用存在的问题
我国钍资源核能利用研究已经取得了一定成绩。早在20世纪60年代,我国就开展了钍资源核能利用研究,对钍的资源勘查、采冶回收、燃料循环等方面开展了初步的研究工作。近期,清华大学开展了一些钍资源核能利用方面的研究工作;加拿大AECL公司也与我国联合开展了有关钍资源核能利用研究。这些都为我国进一步开展钍资源核能利用开拓了一条比较有前景的路子。
但与美国、德国、俄罗斯、印度、加拿大等国家相比,我国钍资源核能利用研究还存在很多问题:
1.围绕堆中子物理设计的研究工作大多数停留在数值模拟、参数计算等层面,研究试验条件缺乏;
2.围绕钍采冶、靶件制备、辐照靶件处理等方面的研究局限于应用基础方面的探索,从未针对不同堆型的钍资源利用开展过实质性研究和试验工作。
三、有关我国钍资源核能利用的几点建议
从核电规模发展和核燃料需求形势来看,钍资源核能利用前景比较看好。针对我国钍资源核能利用研发现状,当前主要做好几个方面工作。
1.开展钍资源核能利用战略研究。由国家能源局牵头,结合我国核能发展的现状以及核电发展规划,确定我国钍资源核能利用战略方向、技术路线以及实施步骤;在不影响现有核能技术开发路线和能力的基础上提出我国钍资源核能利用发展战略和发展规划。
2.对钍资源核能利用采取""两步走""方针。第一步开展""一次通过""的技术路线,达到利用的目的,即先使用新燃料,将乏燃料暂时储存起来;第二步是待将来有条件建立钍-铀燃料循环后再开展暂存乏燃料后处理工作,形成闭合的钍基燃料循环。
3.设立钍资源核能利用国家级科研专项。联合科技部设立国家级科研专项,研究我国钍资源核能利用发展战略及长远发展规划,并确定近期需要开展基础性、前瞻性研发工作的内容和实施计划。
4.以重水堆核电站为突破口,开展国际交流和合作。利用我国已在运行的两座CANDU型重水堆核电机组和中加在重水堆建设、运行和钍利用等方面的合作基础和条件,由国家能源局牵头,组织中国核动力研究设计院、中国原子能科学研究院、清华大学、中核集团北方燃料公司等有针对性地与加拿大AECL公司开展CANDU型重水堆利用钍基元件开发应用的技术合作和技术交流,为实现我国钍资源利用的潜在发展奠定技术基础。(国家能源局能源节约和科技装备司)