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【核燃料、沙灘與電力:印度的長遠核能計劃】+【認識“釷”元素】

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         核燃料、沙灘與電力:印度的長遠核能計劃】

          艾德·根特Edd Gent  2018年12月3日  BBC

起印度的熱帶,人可能會聯想到光斑的棕櫚樹,口感辛辣的肉咖喱以及蓄著「長髮綹」的背包客。其,海藏著一秘密: 沙子含有富的。科認為,相傳統核燃料,、也更加安全。

,印度的釷礦儲3085萬噸,有可能是世界上釷礦儲量最多的家。期以,印度一直汲汲於釷礦開採,但卻進展甚。 如今核能技再成焦,印度的釷礦開採也重新回到了人野中: 去年,荷啟動十年個釷實驗項目;新業開始在西方家推廣該;去年中33美元用於開發釷燃料核能反堆。

有支持者,相傳統核原料,是能夠實現零碳排放,夠減少有害核料的生,降低反堆熔化風險。同用於核武器也比然可再生能源域科技展迅速,但核能開發高昂,核能發電廠的安全指以及核料的清度也未可知。因此,核能的商化道路依重重。

得可定能源,開發釷礦是印度的必由之路,是由其特的史和地理因素定的。然有人認為希望渺茫,(大開發釷能)不切實際,但印度人口可能在2060年突破17,因此印度核能科認為開發釷礦用於核能有利於保障家能源安全,實現零碳排放。

「印度高度重能源源,」印度原子能部(DAE)前部納裏Srikumar Banerjee)表示, 「我國佔世界人口比例的五分之一,要實現可持續發展只能依靠本土的能源源。」

的大型光伏站如何改世界能源格局

的最大能源挑是什

部分出於地政治的考量,如今的商站都以鈾為燃料。 西方家的核能原子關係密不可分,是由於的副品很容易核武器。劍橋核工程帕克斯(Geoff Parks: 「不同的代,人們對於核燃料的選擇可能有所不同。上世50年代冷戰剛開始的候,人們沒做核燃料,最拖到了如今的和平年代。」

西方家不同,印度的鈾礦儲量微薄,因此在開發核能域,走上了不同的道路。 印度核工程始人巴巴(Homi Bhabha信,印度要略,就必須開發富的釷礦資源。印度核能政策核心的「三階戰略」,也是出於的考量。

原子裂變會釋放巨大的核能,可以用來發電,而。自然狀態下的,衰變週期十分,衰變時釋放的阿法射甚至法穿透人,因此度假的人大可不必擔憂在富含元素的海日光浴有害健康。

將釷用於核域,就要外加入如等能放中子的元素。原子捕中子後,變為鈾-233-233的同位素之一。(相同,中子不同的同元素互同位素。)

果和谷歌產業原因何在

非洲太能可望為歐洲提供

2015年,辛哈(Ratan Kumar Sinha)接任巴納裏,成DAE。他: 「木材是一的。」他解釋說木材不易燃,但只要放在用柴燃的火木材也能燃。 因此印度「三階戰略」的前步,就是要研究如何富的釷變成可以燃的燃料。

堆技的第一步是利用傳統燃料反生的副。然後,生成的投入快中子增殖反堆中,更多鈾進行反生更多的一步的目的是了得到更多中子,中子到一定目後,就能夠轟擊釷讓釷變為鈾-233的最後一是把-233投入中。後,中子增殖堆便立即啟動了,以後只需添加釷礦,核反堆就能一直持正常工作狀態

實現巴巴的規劃,可以是困重重。西方家青睞鈾為核燃料,因此印度可以是一意孤行。此前印度一直在開發核武器,加之其拒在《核不條約》上字,十年,印度一直被各孤立,不行核科技交流和核燃料貿易。

辛哈表示,2008年印度國簽訂了民用核能協議後,上述障已不存在,印度核能應該會越快。上世七十年代印度成功研發鈾驅動的加重水反堆(PHWR)後,研就一直停留在第二段,多年展。1985設計的一款反增殖堆,到止都預設40兆瓦發電量。而預計於今年研完成的500兆瓦快速增殖反堆(PFBR),原本在2010年就要投入生,如今看也是遙遙無期。

納裏稱,核能擴張之前,印度需要累大量的經驗。此外,燃料的化增殖也需要一定的時間——大概在十年左右,是因要建造第二座反堆,量就要翻一翻。而如果燃料是則會更加漫也就不釋為在用釷進行裂變釋能之前,科家要用事先建起一個過渡的紐帶。而如何從釷的反應殘渣中提取-233,是科家亟待解的又一難題:燃料的轉換環過程中生的另一副-232會釋放放射性很的伽

巴巴原子研究中心(BARC)的研究人已成功過這一燃料轉過程的試驗,但大用起仍然存在問題,第一,必建立起強輻射防護裝置;第二,必較為複雜器人系,使得工人可以隔離輻射。

印度第一座用作燃料的核能反堆——先重水反堆(AHWR)目前已經設計完成。 但當務之急不是工,設計負責人辛哈強調說AHWR更多的是燃料轉換提供實踐經驗其安全性。設計完成不代表核能計劃入第三段,因為現階段裂原料仍然需要人為補充,及取燃料循經驗和安全新措施。

的第三段反是可自我行的增殖堆,先投入-233啟動,其後只需充天然做燃料就可一直作下去。至於如何設計這樣堆,目前還沒有人知道。但人經達成共,反堆使用熔混合物同作燃料和冷最理想的方案。思在中和西方家有著擁護者;而印度已經將其推到前期研段。

但印度核站承,至少到本世50年代,印度都不可能利用提供大量的能源。但也有人持樂觀態度。拉瑪納M. V. Ramana)教授任於加拿大不列,出版一本印度的核政策,他:「70印度一直在談論釷開發,我認為在可以預見的未這個話題度不褪去。」

,人經對傳統核能的經濟效益生了疑。去砸支持開發兼容的反堆、混合燃料再理等等。支持者都說釷目功在千秋,拉瑪納則認為是言了。核的安全性常常被人提及,是由於堆不容易生堆芯融的核漏事件; 但拉瑪納稱,除非模等同的模擬試驗證明有效,一切理都不作。他充道:「在切爾諾貝電廠爆炸,福生之前,我得不這樣的事故。」

然短期變產生的-232,但其射的型和會隨時間的推移而弱,特是在其他同位素混合之後。帕克斯期看釷確實更容易存,料也更容易理。但由於目前尚未找到-232法,開發釷疑是芝麻西瓜。他核最大優勢在於其用於核武器域。-233可以用造原子,但(要把-232轉為鈾-233,)程繁瑣複雜,十分肋。

新德里尼赫的物理教授拉拉曼(Ramamurti Rajaraman,印度核計劃的推些益處並無關係。他:「其一部分是源於我們體制的自豪感。」核期以都是印度家旗工程,印度不會輕言放。更重要的是,如今在解除印度的核孤立後,巴巴的核能自自足理仍然公信力十足。

少煤炭使用量的同,印度也在滿經濟日益增的能源需求。

印度原子能委員會現任成DAE前部卡可德卡(Anil Kakodkar,毫,可再生能源是印度解能源短缺問題的一大途預計2022年,印度可再生能源發電總量可175吉咖瓦(1吉咖=109; 目前,印度的發電總量已居世界第4,太發電量居世界第5。只可惜能和太能不能作個國家持久的供能源。他:「除化石能源外,核能是能保大型基底發電的唯一選擇。印度的情也定了,基本上我就得核燃料。」

能源安全能源必自足述有待商榷。巴巴制定印度核能,人低估了全球鈾礦量,認為快速的核能擴張會導鈾礦緊缺。但自2090年代以,全球核能發電一直於下降趨勢鈾礦量也類預期。

國開放大學專攻能源政策的教授(William Nuttall從歷史角度出,不理解印度麼對釷礦如此著。只是鈾資源在短期內並枯竭殆國際應穩定,因此能源安全不成問題。即使不使用核能,有其他能源選擇,也可以實現零碳排放。他表示:「使用核能,確實是因它有助於暖、捍能源安全,但也有那麼顯而易的效果。」

印度並沒有把蛋都放在一個籃。 在能和太能之,政府新批准建12座重水反堆,目前已投入運營的有22座,正在建中的已有9座。此外,印度在集思益,求俄斯、法和美的反設計方案。 但帕克斯認為合目前所取得的展而言,印度選擇釷期保險戰略有其道理。他:「印度制定了自己的長遠計劃,一直都有放是值得肯定的。相反地,英有自己的打算)應該受到指。」

至於發達國家的研究前景,印度的核科都深表疑。 卡可德卡發達國家的能源消多大展空,而且其核能發電也已基本完善,因此有理由突然核技。他認為,在展中家,經濟正在起,能源消耗量日俱增,釷礦儲富,抗核武器散能力,因此發電是印度這類國家零碳排放的基本發電廠的不二選擇

:「如果要把碳能源推而之,有核能是做不到的。而核能的一步展,也是做不到的。因此有人得領頭,率先開發這一未的核燃料。」


                              【認識”元素】 

Thorium舊譯)是原子序數為90的元素,其元素符號為Th屬錒系元素,具有放射性。其拉丁文名稱來自北的雷神索Thor)。

-232吸收慢中子而成可作核燃料之用的-233鈾兩種元素是核能發電廠最重要的燃料。

1828年,瑞典化家永斯·采利斯在自一挪威島嶼發現了新一元素,此後以北的雷神索命名。1898年,瑪麗亞·居和格哈特·施密特分別並時發現的放射性。發現90年後,化家才首次得以分離純

化物往往可以在居石的沙找到((Ce,La,Nd,Th)[PO4],包含4-12%的二氧化ThO2),其他物包括與鋯石同晶型的方石((Th,U)O2)和石(ThSiO4)。榍石和石也含少量

在地殼裏平均每千克物713毫克,也就是說釷的含量的至三倍。由於釷親土,因此在所有矽酸中均含少量

澳大利、挪威、斯里卡、加拿大、美、印度、拉普和巴西開採釷。土耳其有80億噸開採藏。全世界年開採二氧化量估計為100萬噸。人的骨骼中每千克骨骼質約0.0020.012毫克。每天通食物和水一約進0.053微克

純釷白色的金,在室下在空氣裏定,可以月保持其金。它逐氧化灰色,最後黑色。的物理特性它含多少氧化物有。一般含有百分之零點幾的二氧化。但是也可以極純純釷,延展性能很好,可以冷壓滾和拉具有多晶型性,有兩個不同的晶。在1400度以上它是面心立方的,在這個溫度以下它是心立方的。水對釷的腐作用很慢。在大多稀酸以及在濃鹽酸和磷酸它的溶解速度也很慢。在發煙硝酸和王水中它溶解迅速。粉或者屑在空里加下很容易自燃。其火焰是白色、明亮的。

“釷”的图片搜索结果

氧化中提取出的。在中或者在真空中氧化在高原。由於釷會與氫組成化合物因此法使用氫來還原。原後使用氟化氫沖洗,然後過濾

的氧化物被用來製作白罩。這樣的白罩是布料浸在99%的硝酸1%的硝酸溶液中然後成的。在高下硝酸分解氧化和氧化氮。由於的放射性,在已不再使用釷來做白罩了。

1931年至1940年代末一種穩定的、膠質的二氧化懸劑在血管影被作放射性使用。但是這個劑會聚集在微血管中,致局部放射性高和癌症。癌明顯與釷造影造影劑還能引一般非常少性肝癌症肝血管肉瘤。此外造影劑導致鼻腔癌的紀錄。一般病發發生在使用3035年後。今天人使用硫酸和改善的、有香味的碘化合物取代造影

了改善惰性氣體焊接電極產生火花的性能其電極摻14%的氧化了降低子功函電燈鎢絲摻1-3%的二氧化。在造燈業中氧化釷還以薄膜或者薄片的形式作氣劑。由於二氧化的折射率比高,因此在高品的光中也

的化毒性估非常小。它的危性主要自其放射性。毒性小的原因在於純釷及其最常的氧化物的水溶性非常小,在一升水中只能溶0.0001微克的純釷。只有在酸性非常高、pH值低於4的溶液中它的可溶性才提高。此外草酸也可以提高的水溶性。

同位素232Th的半衰期140.5年,它的放射性比238要低。原因是因由於它的半衰期高,因此它每秒的次少,此外它衰變產物中半衰期比低的也比少。放射α粒子,因此它被吸入或者食入的高。尤其粉的金和氧化物能夠進入肺,非常危致癌。此外在放置和它的化合物的候要注意它的衰變產物亦可能有放射性,如208Tl可以放射出260萬電子伏特的伽

按照其在元素期表中的位置在它的化合物中一般以正四,正三和正二。而其的溶液中,只存在正四釷離子。一特殊系元素有固定整比的碳化合物。

二氧化ThO2)是所有金氧化物中熔最高的,3300氏度。只有少和少化合物如碳化的熔比它高。

硝酸Th(NO3)4)是一種無色的、容易在水和酒精中溶解的化合物。硝酸造二氧化和金屬釷過程中的一重要環節,在造白罩的程中也有用。

氮化Th3N4)由熾熱釷與中的氮反而成,有青。在空中它水汽反時內分解。

碳化ThC2)是色的晶,其熔點為2655氏度。碳化9K。碳化和碳化的混合物在高堆中作燃料。這種燃料是將釷的氧化物碳混合加16002000氏度成的。

 

元素能否取代)等核燃料作發電用途值得注。恭平博士支持燃料發電為釷藏量多、燃料較簡易、少核料、不易成武器,而且變發電較有效率等。

展一及安全的核子力是一個備受重的目。根期刊"Environmental Science & Technology"法,燃料發電可以提供一1000年的能源,可舒類對環境的破

在研究利用的可行性之後,核物理·泰勒等人曾建重新用被摒30年的發電和建造原型核反應爐。印度、中、挪威、美、以色列及俄斯皆在某程度上展液氟化應爐LFTR)及熔應爐。中總統李登在核四公投爭議中,公表示反對鈾發電應該思考研究低染的釷為原料的方向。

建了不少燃料發電站,它設計與用作製備核武器的核反應爐相似。美也曾在橡樹嶺國實驗建一個釷燃料熔應爐,於1965年至1969作。在1968年,元素的發現者格·西多·西博格身原子能委員會的主席,向委員會宣布應爐已成功通過試驗:到目前止,熔應爐實驗已取得成功,具有一定可靠性。我相信有朝一日商業釷應爐會應爐至全世界。

但在1973年,美政府突然叫停所有與釷燃料發電實驗,理由為鈾燃料增殖反應爐更有效率,其副品也可用作造武器。根據愛·泰勒等人的意,完全停止此計劃是一個錯誤

計劃停止以後,很多今的科家似乎都不太燃料發電。周刊化化工新指出很多人(包括科家)認識不深,因此一得到核反博士位的人是有可能不知道燃料發電的。核物理Victor J. Stenger:我最近才知道燃料這個代替品,使我十分奇。它自二後便得到展,但因缺乏武器用途而被摒

世界核能協會如此評論釷燃料發電燃料循提供一個龐大的能源安全的利益,它需快中子反應爐便可成自我持的燃料。燃料發電是一潛質的技,有望為現今的核能發電創造另一番新景象。

            (迪拉克的釷動力概念車─釷動力汽車開100年不用加油)

燃料發電有以下優點

<1>藏量為鈾4倍,與鉛普遍。能源盟估若美的用量不該國釷蘊藏量足1000年。每日電訊報提到,美在勘探稀有金屬資埋掉了大量的。挪威和英也有大量的釷礦藏中大部分是可用的-232,但之中只有0.7%是可用的-235釷礦可以供應數千年的力。

<2>是一種較潔淨安全的核燃料,它的放射性大大低於。「一塊釷比一肥皂更危。」

<3>氟化應爐LFTR)的設計使它成安全的核反應爐Flibe Energy始人之一Kirk Sorensen指出:「LFTR在常作,因此像福第一核電廠事故般氫氣爆炸是不可能的。它也不射泄漏。」而反應爐現異核分裂停止,因此也不心熔的情況發生。

<4>利用釷廢料去造核武乎是不可能的。核物理Alvin Radkowsky應爐產生的少於一般反應爐2%中又有很多同位素是不合作核武用途的。

<5>應爐製造更少的核料,因此它們無需大量、長時間地加以保存。。中聲稱有害釷廢料少於鈾廢1000倍。釷廢料在百年後得安全,但鈾廢要等數萬年。

<6>作中的應爐除了需其他燃料,它是自我持的。也是不可分裂物,因此它可與鈾等可裂合用作核燃料。

<7>與輕水反應爐LFTR需在高壓環境下作,因此它造價較廉宜、體積亦小1000倍。LFTR使用熔理工序燃料棒簡單和低成本。

<8>洲核子研究組織的卡洛·1噸釷產生的量相等於200噸鈾3,500,000煤。

 

期刊"Environmental Science & Technology"指出:LFTR計劃值得在510年中投10,用以解的微小技術問題,建造一應爐原型,最後造一正式的核電廠。不少二戰時未能解的工程和技上的疑都已被解,包括液相氟化、耐用的金、高溫渦輪等。

 

燃料發電有以下在缺

<1>應爐需要鈾來

<2>中子的增殖較緩慢及需要大模的核燃料再理,而再理的可行性乃是未知之

<3>其研究、分析工作需要大量的金,依政府及民間廠商的支持。

<4>不能完全解料被利用作核武的問題 

<5>料仍然有射存在。


                                 ( 釷晶體)

行或正在燃料發電研究的家有英、美、巴西、德、印度、法、中、捷克、日本、俄斯、加拿大、以色列、荷 

2011年初,中宣布一系列研究燃料發電計劃。江民的子江綿恆帶領代表到橡樹嶺國實驗參與個關燃料發電的不公。世界核能協會指出中院在20111布其科研方案並聲稱國為對目最有貢獻家,因此希望有全部智慧財產權

2012年早期,有告指出中使用西方及俄斯的零件、400工及投4計劃2015年建好座熔應爐的原型。中加拿大的核能科技公司協議計劃改善CANDU應爐設計,它將會鈾為燃料。

印度

印度正在開發的反應爐大多是燃料發電的,目前有62座,目是在2025用。今印度的源大多都是口煤和石油,反應爐可令印度由3%核能發電升至25%2009年,印度原子能委員會主席指出印度以其釷資致能源為長遠

20126月,印度宣布其第一快中子反應爐已接近完工,印度原子能委員會前主席指出印度已有大量的釷礦,目前的難關為將釷轉化做核燃料的技

挪威

2012年後期,一家私人企Thor Energy政府、Westinghouse Electric Company公布他們會在其中一座反應爐進行一個為4年的燃料試驗Thor Energy首席技術長說:「我會經能源工的事感到興奮,但此計劃實在是一非常值得興奮計劃,我準備充足。」

20121月有告指出美有熔應爐計劃。同月又有告指出她正秘密合作,建造燃料熔應爐。有家和政治家希望燃料發電能成為國家的支柱之一。

希平港原子能發電站的首席設計師Alvin Radkowsky1997起了一個聯同俄斯的計劃,要建一座燃料反應爐認為是一個創新的突破。而一燃料反應爐為的公司──Thorium Power Ltd──早已在1992年成立。

日本

20126月,中部力仍在收2011年熔的三座反應爐,它指出是未中部營運濱岡電廠可能會採用的燃料。

以色列

20105月,內蓋夫本·古里安大和布克黑文實驗室的研究合作展可自我持燃料反應爐

也有燃料發電的呼。可是,英國國家核實驗表有關釷燃料循環旳報告,指出燃料發電的技不成熟,在並無立足之地,評論是需要大量金,風險高但回不明的,它被人誇張。英地球之友則認為釷燃料發電的研究是有用的。

計獨居石礦蘊藏量1200萬噸,而石中磷酸(英Thorium phosphate)的含量可高12%,平均6-7%主要的釷來源。

2007年世界各地的釷資源如下:

2007年世界各地的釷資百分比

           百分比

澳洲

489,000

19

400,000

15

土耳其

344,000

13

印度

319,000

12

瑞拉

300,000

12

巴西

302,000

12

挪威

132,000

5

埃及

100,000

4

75,000

3

格陵

54,000

2

加拿大

44,000

2

南非

18,000

1

其他

33,000

1

總計

2,610,000

 

世界核能協會,有數種應爐可以設計成以釷為燃料,5已踏入段,其後2仍是理

<1>重水反應爐

<2>超高應爐

<3>沸水反應爐

<4>水反應爐

<5>快中子反應爐

<6>應爐(包括液氟化應爐):橡樹嶺國實驗室建造了一原型,於1965-1969作。

<7>加速器驅動界反應爐

台長: 幻羽

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