《釷變鈾 換道超車》
張偉強工程師 蘇智成測量師 建築工程公司董事
中國的核能發展受到礦物～鈾資源匱乏的約束。2011年日本福島核事故後，全球鈾價劇烈波動，中國核電計畫曾因燃料供應不確定性被迫放緩。筆者見到，每建一座百萬千瓦級核電廠，平均每年就要消耗約200噸天然鈾。中國每年所需的鈾資源中，80%以上依賴進口，容易受到地緣政治～主要是美國的惡意主動打壓之衝擊。
近日，中國在第四代核能領域有重大突破～中國科學院於11月1日宣布，位於甘肅省民勤縣沙漠中的2兆瓦液態燃料釷Thorium 基熔鹽實驗堆，近日首次實現釷鈾核燃料轉換，成為目前全球唯一運作並實現釷燃料入堆的熔鹽堆，初步證明了熔鹽堆核能係統利用釷資源的技術可行性。
筆者看到，早在冷戰時期，美國曾進行釷基熔鹽堆研究，卻因釷無法用於製造核武而放棄，轉而全力發展鈾基反應器。蘇聯、印度等國也曾研發過釷基熔鹽堆，但卡在了熔鹽腐蝕、線上燃料處理等技術瓶頸。
筆者認爲，中國科學院的宣告標誌著中國核能研發掌握了“換道超車”的關鍵技術，將使中國擺脫對進口鈾的依賴，為中國能源安全提供全新解決方案。
筆者看到數據，中國的釷資源，其探明儲量已超140萬噸，佔全球總儲量近四分之三。而且，這些釷資源多與稀土伴生，每1噸稀土可附帶回收200公斤釷，相當於開採稀土附贈釷資源，這大幅降低了核燃料的獲取成本，還順帶有增值利用。
筆者認知，釷不能直接發生裂變，需要用中子轟擊釷之原子核，使之轉化為高效裂變的鈾-233。然而，與傳統的鈾基核電廠相比，釷基熔鹽堆在安全性與選址彈性方面有巨大的優勢。傳統鈾基反應器需大量用水，一座百萬千瓦級常規核電機組，每小時需消耗數千噸冷卻水，用於帶走反應器核芯產生的巨額熱量，否則堆芯就可能因過熱引發熔毀風險。
而釷的優勢在於，釷基熔鹽堆採用的高溫熔鹽，本身就能在600至700攝氏度高溫下保持穩定液態，在運作過程中，無需外部水源補給，需要像傳統核電廠那樣建在大海或大江大河邊上，而能建在偏遠的沙漠中。它僅靠熔鹽在封閉迴路中的自然循環，就能持續帶走堆芯產生的熱量，從根本上杜絕了因冷卻失效問題而引發的安全隱患。
中國從2011年將釷基熔鹽堆納入國家戰略先導專案，集結中科院上海應用物理研究所等20餘家科研單位聯合攻關，終於在近期取得重大突破～解決了最棘手的熔鹽腐蝕難題。高溫氟化鹽能溶解絕大多數金屬，曾導致美國實驗堆的管道三個月就報廢。中國科研團隊研發出鎳基合金材料，經過上萬次腐蝕實驗，終於找到”抗腐蝕配方”，使管道壽命延長至10年以上。
筆者認爲，釷基熔鹽堆體積小、功率密度高，可模組化設計成核動力包～中國已進行船舶核動力研究，若應用於遠洋貨輪，一次加註釷燃料可續航10年，碳排放量接近零。這項技術未來也可能為極地科考站、月球基地等極端環境供電，甚至用於航空母艦等軍事計畫。
筆者看到中國之規劃～釷基熔鹽堆建設分三步驟：第一步為2025年建成2兆瓦實驗堆，實現釷—鈾轉化與穩定運行，取得關鍵數據；第二步至2029年，興建10兆瓦小型模組化示範堆，驗證商業化可行性，形成核心設備產業鏈；第三步至2035年，推動百兆瓦級電站建置，在甘肅、新疆製造材料化設備
另外，中國近期在核融合技術上也取得重要突破。 10月1日，位於安徽合肥的緊湊型聚變能實驗裝置專案的關鍵部件－杜瓦底座完成吊裝，成功精準落位安裝在裝置主機大廳內，預計將在2027年完成建設並首次演示聚變發電。
筆者認爲，中國在上述之核能領域中基本上對美歐換道超車了，這正在進一步鞏固中國在清潔能源的領先地位，可改變中國乃至全球的能源格局，中國對全球的影響力將大升而超越美國。
張偉強工程師 蘇智成測量師 建築工程公司董事 郭榮嘉 港大工程學生
香港建設專業聯會理事