钍：未来核能的关键 

一些流行的观点认为全世界的铀供应足够满足未来核能系统对核燃料的需求，其实不然。即使铀的消耗稳定保持在现有的水平，在21世纪末，铀供应就会逐渐枯竭。更何况事实上，如果继续将铀作为主要的核能燃料，对铀的需求不可能会保持现有水平。

21世纪，大多数能源用户会是发展中国家和其他新兴的用户。随着他们能源需求的日益增长，目前开发和利用的传统核能系统已经不再具有可持续性。取而代之，利用钍-铀燃料循环的能源系统，将会是本世纪全球可持续发展的重要部分。

基于钍的核能系统与现行仅依赖铀的核能系统相比，具有很多优点：

l  钍燃料更高效，更具可持续性

l  钍更利于核不扩散

l  钍基核能系统更环保

l  钍基核能系统用途更广泛

l  钍基核能系统会更经济

更多关于现行核能系统依赖铀燃料的缺点，详见《目前的铀燃料循环》；而关于钍基核能系统的优势，则请参见“IAEA简报”刊登了的一篇文章。

高效且可持续的钍燃料 

与铀和钚一样，钍也能作为核反应堆的燃料。Th-232和U-238都不是易裂变材料，因此并不能直接利用来维持链式反应，但它们都能通过吸收中子而转换为易裂变材料。

利用U-235的裂变反应来辐照U-238和Th-232，从而产生新的易裂变材料Pu-239和U-233。这种方法可以使易裂变材料数量增加几百倍，使得核能几乎跟太阳能一样“可再生”，这一反应过程（被称作增殖反应）也使核能像太阳能一样适宜大规模应用。

钍更利于核不扩散 

对现行这代铀基核能系统而言，核扩散是一个相当棘手而尴尬的问题。因为从铀基核能系统乏燃料中提取的Pu-239，正是一种可以用于制造核武器的主要同位素。而钍基核能系统却可以避免核扩散的风险，是非常好的补充或替代燃料，原因如下：

-      钍基燃料循环不产生钚，并且比铀基燃料循环产生更少的次锕系元素（MA）。而钚和次锕系元素是乏燃料具有成百上千年高辐射毒性和余热的罪魁祸首。

-      有些钍基反应堆更利于减少钚和其它超铀元素的产生，有的甚至会进一步将钚消耗掉，这也为处理潜在的核武器材料提供了一条高效而有保障的途径。

-      有些钍基反应堆被设计为堆内循环利用铀-233，这样就消除了运输并专门分离回收铀-233的过程，从而消除了核扩散的风险。

尽管从理论上而言，铀-233也是可能的核武器材料，但是在其产生过程中总是有少量铀-232伴随。铀-232的放射性衰变产生一种穿透性极强的γ射线。这种γ射线很容易被探测到，因此含铀-233的核武器很难密封或藏匿。另外，目前尚无被研制成功的铀-233核武器。在当今全球核禁试的国际环境下，基于铀-233的新核武器是否研制成功，在实际投入使用之前是不可能通过试验加以验证的。这使得用铀-233比用钚做核武器的吸引力要小得多。

很多人关注核能系统对生态环境的影响。在环境保护方面，相比于铀燃料核能系统，辅以钍燃料或基于钍燃料的核能系统具有以下若干方面的明显优势：

-      钍基核能系统每单位能量所产生的高放乏燃料比铀基核能系统少，乏燃料的半衰期也更短。

-      从钍-232到铀-233的增殖比从铀-238向钚-239增殖效率高，所产生的次锕系元素或长寿命的不易裂变的同位素也更少。

-      每单位能量所产生的乏燃料和次锕系元素更少，更易于这样长期处理。

-      二氧化钍的熔点比二氧化铀的熔点大概高500°C。这样的高熔点为短暂的功率骤增或冷却剂丧失（LOCA）之类的可能事故提供了保险，使其从理论上就具有更根本的安全性。

钍基核能系统用途广泛 

钍燃料比铀燃料有更好的热学性质和物理特性，辐照性能也更为优越，因此总体上来说它是极佳的核燃料选择，特别在高温运行方面。而高温运行也使得核能系统在发电之外，有着更为广泛的用途。

此外，伴随U-233产生的U-232所产生的γ射线也可能有很多新的用途。比如：

-      医疗设备消毒

-      食物辐照杀菌

-      用于放疗设备

-      用于医学诊断设备

用途的多样性使得钍基核能系统更符合新兴能源用户的需求，尤其是发展中国家。

钍燃料会更经济 

有人曾指出，由于需要处理铀-233和少量的高放射性、短寿命的铀-232，这会使钍燃料的生产成本更高。其实，倘若全面的考虑以下几方面的因素，这个观点根本站不住脚。

-      与铀燃料不同，钍燃料无需浓缩。

-      与将天然的U3O8转换为传统燃料形态的UO2相比，将天然氧化钍制作成可辐照的燃料形态需要更少的转换工序。

-      处理U-233和U-232的费用只是在引入钍燃料循环的初期比较昂贵，尤其是在小规模燃料生产阶段。一旦采用大规模自动化的钍燃料生产设备，则成本会大幅度降低。

-      在现行核能系统中，核燃料成本所占的比重一般小于总发电成本的15%。其中大约40%的费用用于铀浓缩，而10%左右用于燃料制造。因此，即使假定比制造铀-233燃料的费用高出4倍，以单位质量为标准来看，钍燃料的生产成本也小于生产传统低浓缩铀燃料的生产成本。

-      裂变过程产生能量的同时，可增殖的钍-232被转化成铀-233。 而铀-233是易裂变的，它会继续裂变并释放能量。这种链式反应过程能持续很长，实际上可以跟燃料包壳和定位架的寿命一样长。

-      钍基反应堆可以设计为超高温运行，这样其峰值热效率便能够从现在的34%提高到50%甚至更高，从而降低单位能量的核燃料成本。

如何挖掘和实现钍燃料的潜力 

商业核电引入钍燃料循环的最大挑战就是缺乏生产钍核燃料的基础设施。如今，企业之所以喜欢利用生产铀燃料的基础设备，是因为这些基础设施大都是过去非民用投资建成的。

目前，用于钍燃料制造的基础设施的建造，不可能由军用或商业上的考虑来驱动。可能还需要二十年或更长时间，才能让辅以钍燃料循环技术的战略需要通过市场力量显现出来。而这段延迟可能造成的钍燃料的无法及时利用和浪费，会对全球可持续发展产生较大的负面影响。