——倡导者们计划开发鲜为人知的自然资源所蕴含的巨大核能潜力
约翰·H·卡奇从未设想过要成为世界头号的钍核能倡导者。是这项事业找到了他。
“一家公司请我们去研究跨越了整个元素周期表的大量材料，”以寻求可能的投资机会，卡奇叙述道。卡奇是芝加哥地区一家名为WholeWorld的产品工程和设计咨询公司的董事长。钍在要研究的材料列表中。
钍，第90号元素（图片来自网络）
在了解了钍的应用的发展情况之后——钍的氧化物曾经广泛应用于制作煤气灯的灯罩，有些钍化合物至今仍用于石油裂解和硫酸合成的催化剂——卡奇对他的客户给出了他对钍的评价。“钍基本上是垃圾，”他说，之后漫不经心的加了一句“但它可能会拯救世界。”
后面的想法来自于卡奇研究钍的历史、细读各种核能网站和讨论版块时收集到的信息。虽然当前钍元素的商业应用很少，但是早在几十年前人们就认识到了钍应用于核能领域的潜力。
美国核工业早期开展的一些研究表明，钍可以用作核电站的核燃料的前体。这种位于元素周期表中第90号的元素表现出了它用作核燃料的多种潜在优势，与另一种商业核反应堆的候选燃料铀相比，钍更安全，成本更低，对环境污染更小。但是随着历史的演变，铀作为燃料的核能变成了标准，除了上世纪60年代橡树岭国家实验室进行了一项成功的多年实验之外，钍的研究没有什么进展。因此钍被大部分人遗忘了。
但是在了解到钍的几近用之不竭却未被开发的能源潜力之后，卡奇认为钍能够帮助满足全球日益增长的能源需求。他和其他的钍倡导者现在正在鼓动企业和政府开发钍的潜力。
钍据称相对于铀有好几个优势，钍的支持者大力宣扬这些优势。首先，钍在地壳中的丰度是铀的三到四倍，而且处理成本可能比铀更低。几克的钍也能产生足够一个普通美国人使用十年的能量。钍元素能在不产生能用于制造核武器的材料的前提下实现这一点，从而避免了核扩散的担忧。
还有就是环境方面的益处。相比于煤电厂和天然气电厂，钍核电厂和其他种类的核电厂一样不会释放温室气体；同时又能够几乎不间断地发电，这就优于太阳能和风能系统。尽管钍燃料也会产生放射性废料，钍废料的放射性只会持续几十到几百年，而不像铀废料的放射性会持续几千年。
最后，钍倡导者称钍还有安全的好处。所谓的熔盐反应堆可以使用液态的钍的氟化物盐，相比于当下商业核反应堆的固态燃料，液态更有压力和热量控制方面的优势。
熔盐反应堆的一种设计是：将含有233UF4（四氟化铀-233）的液态反应堆核心包裹于再生区为熔融的232ThF4（四氟化钍-232）的锂-铍氟化物溶液中。钍核并不是实际的核燃料。当钍核接触低能量中子时，它被转化成作为燃料的铀-233。随着反应堆核心中的铀-233核裂变，它们释放的热量被转移到一种气体中，带动涡轮机发电。与此同时，铀核释放出中子，将再生区中的钍-232转化为铀-233。随着再生区中的铀燃料的积累，它被转化成UF6（六氟化铀）气体分离，并逐渐且连续地填补到反应堆核心中去，同时新的钍也被注入再生区中。
不同于当今大多数的商业铀反应堆，熔盐反应堆的一个优势在于可以运行于低压条件下，而且没有能够导致危险的氢气堆积的化学动力，Terrestrial Energy的董事长兼首席技术官大卫·勒布朗如是说。Terrestrial Energy是加拿大安大略省奥克维尔新成立的一处商业化的熔盐反应堆。还有，由于燃料是液态，反应堆的热源可移动并且易控制，这和固态燃料的情形不同。此外，如果反应堆发生泄漏，或者燃料耗尽，熔融的盐将会冷却固化。在反应堆出现故障的情况下，熔盐固化会终止核反应并且在不需要操作人员介入的情况下阻止放射性材料的扩散。
如果说钍又比铀安全，其核能潜力又早在几十年前就被认识到了，那么为什么人们花了这么长时间才开始倡导它的应用？一些核能发烧友们认为，冷战时期决策者们在选择核反应堆燃料的开发资金流向的时候，更倾向于当时在技术和工艺上比钍更先进的铀。其他人则认为是由于当时的美国领导人对铀反应堆更感兴趣，因为铀反应堆更适合生成制造核武器所需的钚同位素。随着时间的过去，压水反应堆成为了标准，由于它是用铀作为燃料，钍就被束之高阁而未被商业化。
为使钍重回核能领域，卡奇成立了一个非营利的倡议组织——钍能源协会（TEA），该组织致力于向政府领导人和公众科普钍能源的价值。然后他迅速地于2009年在华盛顿特区组织了第一届钍能源大会。上个月在加州帕罗奥图市，TEA举办了它的第7次大会。
那段时期所取得的进展是微小的，但是关于钍的话题确实正在传播开来。比如，一个有着和美国的TEA相同目标的欧洲群体成立了国际钍能源组织，IThEO。该组织今秋将在印度孟买召开它的第5次会议，印度和中国、挪威一样，是积极发展钍核能项目的几个国家之一。虽然会议的规模仍然较小——每个会议的与会者只有几百人，但是这2个组织的会议规模都增长了。不同于首次会议的是，现在的会议吸引了许多核工业工程师、材料科学家以及其他技术专家，还有风险资本家和其他投资者。
在过去的五年中，钍在商业和政府圈子也取得了小幅的进展。比如一些新成立的创业公司已经启动并着手开发熔盐核反应堆项目。近几年来，钍还稍稍走进了国会山的视野。经历了多次华盛顿的游说之旅后，卡奇和詹姆斯·C·肯尼迪成功地让有关钍的方案进入了最近的几次国会议案中。肯尼迪是ThREE咨询公司董事长，而且是一位钍和稀土矿开采专家，钍和稀土元素在地质上倾向于混杂在一起。他们提出的这项议案并没有被通过，如果通过的话，他们就能创办一个合作性的联营公司，开展稀土矿的精炼，和分离、储存供能源研究和发展用的钍元素的工作。
但是人们对于钍核能源的态度并不是一致的支持。位于马里兰州的一个科学与环保组织“能源与环境研究”的领导人，核物理学家阿尔琼·梅基耶尼，对钍支持者声称的部分观点提出了反对意见。比如，梅基耶尼声称来自钍反应堆的放射性氟化物废料需要昂贵的处理环节，并且存在放射性污染和环境污染的风险。
而且在核扩散方面，梅基耶尼认为使用钍的熔盐反应堆比目前在用的商业铀反应堆“更容易被利用”。他解释说通过镤-233（233Pa）的途径使钍转化为铀-233的过程有27天的半衰期。没有制造核武器所需的比如铀-233之类材料的国家可以从反应器中分离出镤-233，然后让它衰变为铀-233而获得核武所需的铀同位素。钍支持者反驳说如果要实施这样的计划，该国需要发展出镤分离处理技术，并在本国投入应用或征募其他国家的核设施才行。
在管理机构颁发允许商业运作的执照之前，任何新的钍反应堆设计的发展都需要大量的时间、人力和财力的投资。考虑到这一点，各公司都采取了不同的设计策略。
比如Terrestrial Energy的设计是一个永久封闭的反应堆容器，反应堆核心和主要的热交换都包含于其中，他们想用这样的设计来加速管理流程并赢得公众的接受。在反应堆的整个使用寿命中，都不需要打开修理或补充燃料。相反，工厂只需要周期性地更换反应堆，然后让旧的反应堆冷却，以此消除危险材料逃逸到大气中的风险。勒布朗指出这种反应堆既能使用钍的氟化物盐做燃料，又能使用铀混合其他氟化物作为燃料。
另一家研发熔盐反应堆的创业公司ThorCon Power，目标也是快速行动。这家公司提出使用像造船厂一样的流水线方法建造上世纪60年代橡树岭国家实验室反应堆的扩大版。这种方法使得ThorCon能够大量生产能够分模块运输并迅速组装的反应堆。反应堆设计中使用了钠、铍、铀和钍氟化物的混合物。
迅速将钍投入使用的另一途径是用钍来制造适合目前商业化核反应堆的燃料。这就是位于弗吉尼亚麦克莱恩的Lightbridge公司的“点火与再生”设计的目标。这些固态燃料棒组装起来看上去目前商业化的燃料一样，但它有其独特的组成。堆芯中间的点火棒由铀-锆金属基质制成。再生棒则沿着含有钍-铀氧化物小丸的周边摆放。和熔盐反应堆设计中类似，铀裂变产生热量并将钍-232转化为铀-233，从而产生更多燃料。
Lightbridge公司还有一种燃料的初步设计，再生区仍然是同样的钍-铀氧化物，但是用金属钚-锆点火。这种燃料提供了一条有效地消耗当前轻水反应堆产生的钚废料的途径。由于同样的理由，位于挪威奥斯陆的Thor Energy公司也在固态燃料组合中将钍与钚一同使用。
这些商业上的发展对稍微提升钍的形象起到了关键的作用。但有一个学术上的发展更为重要。上个月在TEA会议上，伊利诺伊大学香槟分校的核工程教授托马斯·J·多兰宣布，第一本熔盐反应堆和钍燃料教材已基本完成，明年即将出版。多兰等人认为此书以及相关课程能有助于训练下一代学生，继钍反应堆之后，继续探求核科学与工程的规律。
“人才供应链可能是最关键的事，”在上个月的大会中卡奇对与会者们说。“即使我们现在造出了熔盐反应堆，谁来操作它？”
多兰、卡奇和其他倡导者们希望通过自身的努力来激励未来的工厂技术人才。“我没有什么既得利益在其中，”卡奇说。“我这样做因为这是该做的事。”
来源：化学化工新闻，芝加哥 作者：米奇·雅各比
编译：雯熙她爸
