釷可作為新一代核能反應爐的燃料(圖:NRG)

近日,一間位於荷蘭的核能研究所使用釷(Thorium)進行核能反應爐的實驗。這是近半世紀以來的首次相關實驗。釷是一種具有微量放射性的元素,當被高能量中子撞擊時會裂變成鈾-233。而其產生的放射性核廢料,比目前核電廠使用的鈾-235 核廢料更加安全。

一般核電廠用於反應爐的燃料是能製作核武的鈾和鈽,較少人使用釷作為燃料。除了從 2004 年建置至今尚未完工的印度卡帕坎測試反應爐之外,幾乎並沒有其他電廠進行釷燃料的研究。

熔鹽反應爐

如今,位於荷蘭北海沿岸佩滕(Petten)的核能研究機構 NRG,與歐盟委員會合作進行一項鹽輻射實驗(Salt Irradiation Experiment ,簡稱 SALIENT)。研究人員希望使用釷作為熔鹽反應爐的燃料,這種反應爐是核反應爐的新一代系統,其中的反應器冷卻劑和燃料本身都是熱熔鹽的混合物。

多數科學家認為,熔鹽反應爐非常適合使用釷作為燃料。其獨特的工作流體(working fluid)可以達到非常高的溫度,顯著提升發電過程的效率。

NRG 研究團隊使用熔鹽反應爐來融化釷燃料樣本,然後用中子撞擊,使其裂變成鈾-233,進而維持產生能量所需的連鎖反應。

後續計畫

研究團隊的下一步是研究耐熱金屬合金的韌性,以及能抵抗熔鹽反應爐內部高熱和腐蝕的材料。此外,他們還要研究如何處理熔鹽反應爐的核廢料。雖然一般認為這種核廢料比現今的鈾和鈽核廢料安全,但仍需經過特別處理。

如果這項研究的成果顯著,估計將會有更多的釷元素核電廠出現。美國猶他州的一間公司表示正在開發釷反應爐,猶他州七縣基礎設施聯盟也正在探討是否加入這項計畫。

儘管如此,目前還不確定釷元素是否能成為下一代的核電燃料。在印度卡帕坎計畫中的測試反應爐是否順利發電,要到今年年底才會知道結果。我們需要使用潔淨能源以避免氣候變化,專家認為,雖然日本福島核災引起的恐懼,使得核電發展停滯不前,但如果對於核電仍有所期待的話,便應該耐心等待釷的實驗成果。

 

參考資料:

  1. LaMonica, M. (April 2014). Start-ups fuel boom in small-scale nuclear power. New Scientist
  2. Zwartsenberg, G. (August 2017). ‘Petten’ has started world’s first MSR-specific thorium fuel irradiation experiments in 45 years. ThMSR.nl
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