高效清潔安全廉價的新能源—釷
人才與知識
作者：車長波?高煖
作為未來的一種新能源，釷相對鈾具有高效、清潔、安全、廉價等特點，其發展前景已引起世界各國及科學家們的高度重視和普遍看好。許多國家不惜斥巨資，對應用釷及建設釷基反應堆進行技術攻關，以期早日為本國經濟發展提供長久穩定的能源保障。
基本概況
釷是由瑞典化學家J.J.Berzelius於1828年在挪威的黑色花崗岩中發現的，化學元素符號是Th，原子序數90，原子量232.0381，屬錒係元素。天然釷隻有一種同位素Th232，具有放射性，釋放出α粒子，半衰期1.39×1010年，最後變成Pb208。
釷是典型的親石元素，主要有獨立礦物、類質同像及分散三種賦存狀態。在天然化合物中，僅以四價態存在，地球化學習性穩定。實際資料中顯示高溫、高壓下釷的活性增加，可以在熱流體（水介質）中，以絡合物形式進行遷移，在花崗岩、堿性岩等侵入體內部或附近的圍岩中形成高溫釷礦床。釷的亞硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽等，在流體中穩定性較差，基本為沉澱物。
大陸火成岩岩石係列中，酸性和堿性岩釷質量分數最高，沉積岩中，陸源沉積建造具有相對較高的釷豐度值。釷礦床主成礦類型為碳酸岩型和脈型，兩者占到釷總資源量的71%。釷礦床大部分資源量來源於含釷副礦物。我國釷資源主要賦存在幾類釷礦床：1.正長岩、堿性岩和過堿性岩中的釷礦床；2.熱液脈狀釷礦床；3.釷砂礦。
世界釷資源十分豐富，已知的釷礦物和含釷礦物約有120種，其中大部分含鈾和稀土元素，主要釷礦物有：方釷石、釷石、獨居石。曾進行過釷礦勘查和有過釷礦記載的國家有40多個，分布在歐洲、美洲、非洲、亞洲及大洋洲。
釷資源較多的國家有巴西、土耳其、美國、印度、澳大利亞。2008年，國際原子能機構（IAEA）與核能源署（NEA）共同發布一篇報告，美國的釷探明儲量約40萬噸、土耳其為34.4萬噸、印度為31.9萬噸。到2009年，澳大利亞宣布其達到48.9萬噸。
我國釷資源比較豐富，據不完全統計，20多個省份已發現相當數量的釷資源。2005年中國科學院的資料顯示，內蒙古白雲鄂博礦區釷儲量約為22萬噸，約占全國釷礦產儲量28.6萬噸的77.3%。
釷能源的優勢
釷經過中子轟擊可轉化為原子燃料鈾233，因此它是潛在的核燃料。20世紀50年代，科學家們已經認識到釷是開發核能源最好的材料，但由於處在特殊的曆史時期，商業利益高、軍事用途大的鈾得到了大力發展，釷則被束之高閣。當前在綠色環保主題和核危機恐慌的背景下，釷順理成章地出現在人們的視野中。作為一種清潔能源，釷能自身具備的很多優勢再次被人們所認識。釷的儲量是鈾的3-4倍，而且100%可以利用。地殼表麵的釷就是釷-232，幾乎不含釷的其他同位素，在原料提取中十分方便。釷資源量大、利用率高，決定了釷的價格較鈾要低，更加經濟。釷在能源利用與廢料處理方麵，亦有著過人之處。釷在核反應中能更充分地釋放能量，一噸釷裂變產生的能量抵得上200噸鈾，相當於350萬噸煤炭。釷雖同為放射性元素，但它的放射性遠低於鈾。釷在裂變過程中產生的核輻射隻有鈾裂變的0.6%。在核廢料處理方麵，釷能核電係統隻會產生極少量的鈈。釷產生的放射性廢料比鈾少50%，毒性周期不到200年，更易處理。另外釷燃料的反應堆在大氣壓力下運轉，分解過程不產生氫，發生事故不會造成廠區爆炸。釷裂變實驗證明，釷的核反應過程具有很高的可控性，釷元素一旦脫離核反應的高溫或富中子環境，核反應就會立即停止，釷能源使用的安全性是其他核能無法比擬的。“轉化率高、增殖力強、高毒性放射性核素量少、防止核擴散、化學性質穩定”是釷-鈾燃料循環所具有的優勢。
國外研究進展
國際上釷核能利用研究大體分為三個階段：上世紀60-70年代，由於石油危機，促進了核能的發展，也帶動了對釷利用的研究，美國、日本、印度、英國、加拿大等國在不同程度上，在各種實驗堆和動力堆中使用過釷燃料。80-90年代，由於鈾的大量發現導致價格下降，以及核事故對核能利用的負麵影響，多數國家中止了釷燃料利用的研究。唯有印度始終堅持釷燃料循環的研究開發。90年代以後，一些發達國家又重新對釷燃料產生了興趣。他們重視釷鈾燃料循環研究的主要目的有四點：一是充分利用釷資源保障核燃料可靠供應；二是利用釷燃料反應堆焚燒大量庫存的軍用和民用鈈；三是利用釷基燃料循環顯著降低核電站廢物毒性；四是利用釷基燃料循環顯著提升防核擴散能力。基於上述要點，各國均針對快堆、重水堆、輕水堆、高溫氣冷堆、石墨慢化堆等的釷基燃料循環，開展了大量不同程度試驗規模的研究工作，並製造出燃料進行了入堆考驗。