核能應用解析／釷+石墨+熔鹽 未來核能方向

minime

http://mag.udn.com/mag/campus/storypage.jsp?f_ART_ID=313299

日本福島發生核安事件，核能發電的安全及必要性再度成為世界各國的焦點。當核反應開始之後，要保持反應速率產生「連鎖反應」，必須依靠慢速的中子；而核反應後會先產生動能較高、速度較快的中子，則不容易誘發下一階段的核反應。

中央研究院院士徐遐生表示，目前有一套「新的辦法」可以處理核能發電的風險。他指出，過去就已經有使用石墨當中子減速劑、用熔鹽做冷卻劑的想法，只是一直沒有人成功做出來；預期用釷當燃料，配合石墨和熔鹽，將是未來核能的新方向。

石墨的傳熱效能好、可以耐高溫；不像水遇高溫會變成氣體，同時也比大多數反應器壓力槽的金屬材料耐熱，可以提高核反應的功率。

徐遐生表示，目前有65%核分裂產生的熱都無法使用，如果提高材料耐高溫能力，將可提升10%的核能使用率。

而石墨也不會與核分裂放出的中子發生作用，是理想的中子減速材料。

熔鹽就是熔融態的鹽類，是液體，可以用來阻隔石墨和氧氣在高溫下產生燃燒反應。用熔鹽取代水，做為「工作流體」帶走熱量，不僅提高系統溫度、創造更高效能，也更加安全。

徐遐生說，溫度達400℃以上，鹽就會變液體；在高溫下，熔鹽不會產生蒸氣、更不會產生氫氣，因此沒有使反應爐壓力過大而爆炸的危險。

如果不慎發生輻射外釋的情況，輻射物質混在熔鹽中，碰到室溫就會冷卻成固態的「輻射鹽」，也不會跟著水蒸氣飄散到空氣中，造成輻射汙染。

minime

徐遐生說，使用釷232當燃料，則是考量到地球上的釷含量比鈾更多。
他也指出，釷和鈾發電的效率一樣高，而核廢料中的鈽也可以用來製造釷，讓核廢料變燃料。

並且中子撞擊釷232分裂後的產物，半衰期最長只有30年；目前鈾235分裂生成的鈽239，半衰期就可達兩萬四千年，相比之下儲藏的難度較低。

徐遐生表示，這是「用新材料搭配舊方法，」讓核能發電更安全。

但白寶實指出，台灣應不可能發展釷燃料發電，因為提煉釷的技術同時也可以製造核武，受到管制。

徐遐生目前正和美國柏克萊、密西根大學與麻省理工學院合作，希望三年內能用「新材料」造出一個小的核能爐。

minime

反應器中的水：冷卻劑、緩速劑

國立清華大學核子工程研究所教授白寶實說，一般的核能發電的能量來源，就在「慢中子反應器」（或稱熱中子反應器）裡；而核電所需承擔的風險，也是來自反應器。

在慢中子反應器中，須先用一個速度比較慢的「慢中子」去撞擊鈾235原子，讓鈾原子產生分裂，過程中會損失質量。根據愛因斯坦的特殊相對論△Ｅ=△mc2，質量與能量可以互換；虧損的質量會變成能量，成為核能發電的能量來源。

白寶實說，一個分裂過程大概可以產生210百萬電子伏特的能量，其中90%的能量會轉成熱量；冷卻劑（常用普通水）帶走熱量後，熱能使水從液態變成氣態、產生蒸氣，帶動機械裝置發電，這就是核能發電的原理。

而每次核分裂，平均會產生2.6個「快中子」，可繼續碰撞其他鈾原子，完成核能「連鎖反應」；持續產生能量，核反應也不斷進行。

不過這次福島核災中，主因是因電廠「全黑」無法降溫的時間過長，導致後來一連串的問題出現。

原能會核能管制處處長陳宜彬解釋，當反應爐的溫度達到攝氏1200度，燃料護套的鋯合金就會跟水蒸氣起化學反應，產生氫氣。

空氣中的氫氣濃度若達到4%，就可以輕易點燃，達到8%會自燃，若濃度更高，就會產生氫爆。

目前證實是氫氣濃度過高，使福島第一核電廠的一、三號機產生爆炸。爆炸之後，二次圍阻體受損，部分輻射蒸氣跟著散逸到空氣中。

cococharles

謝謝分享, 增廣見聞.

沒有完美

那台灣不就也有研發核武的能力
採購那麼多軍備幹麻
北中南各部下10顆長中短程核頭導彈
任誰也不敢侵犯
一勞永逸

minime

http://www.epochtimes.com/b5/9/12/12/n2752474.htm

釷是比較不知名金屬，但比鈾的藏量要豐富，位於美國維吉尼亞州的Lightbridge公司表示，釷可以充當核燃料，且無產生武器級材料疑慮。
公司執行長葛瑞（Seth Grae）告訴路透，用釷製成的燃料棒，要再等8年左右才可望供商業使用，但相較於鈾，釷的價格便低、效能更高，也比較無害。

葛瑞接受訪問時表示：「釷燃料產生的廢棄物比較少，比起鈾燃料廢棄物，釷燃料廢棄物擁有較長期的低輻射性。」他指出，Lightbridge的釷燃料「不能用來製造核彈」。

Lightbridge今年10月在那斯達克交易所（Nasdaq）上市，主要業務是針對既有和新興核子計畫提供諮詢，並研發以釷為基礎的核燃料技術。

葛瑞表示，釷是自然生成的微量輻射元素，1828年首度發現，儲藏量是鈾的4倍左右。現在大部分的反應爐都使用鈾燃料。電力需求不斷成長，氣候變遷也引發關切，迫使各國開始尋求另類能源，取代排放碳的石化燃料。儘管核能存在核武擴散問題，廢棄物處理也困難，但各國現在又再度考慮訴諸核能。

1960年代到1980年代期間，釷取代鈾當作核子燃料，用於小型反應爐與研究反應爐。但美國政府在核子研究初期，並沒有發展釷燃料，部分原因是在冷戰期間，鈾提煉後可當作反應爐燃料，也可用來製造核子武器。

葛瑞強調：「Lightbridge設計的釷燃料，將較鈾燃料低廉5%到15%。現在的反應爐可以直接以釷燃料取代鈾燃料，完全不需要任何修改。」

雖然相較於鈾燃料，運轉過程的溫度會較低，但葛瑞說：「釷可以比鈾燃料更持久，並可產生同等電力。」