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术语表 · 核电

钍燃料循环

利用可转换的钍-232 吸收中子后衰变成易裂变的铀-233,作为铀–钚燃料替代方案的核燃料循环。

钍在地壳中的丰度约为铀的三到四倍,主要以 Th-232 形式存在于独居石砂中,印度、巴西、澳大利亚、土耳其和美国资源丰富。钍本身不是易裂变核素,必须先增殖:

Th-232 + n → Th-233 →(β, 22 min) Pa-233 →(β, 27 days) U-233

U-233 每吸收一个热中子约释放 2.3 个中子,比 U-235 或 Pu-239 都多,所以即使在热中子堆中也能实现增殖。启动循环需要一批初始易裂变燃料(LEU 或钚)。

支持者列举的优点:钚和次锕系元素产量少得多,二氧化钍燃料熔点高、化学稳定,有望达到很高的燃耗。缺点:U-232 污染会产生强伽马辐射体,使燃料制造更复杂;必须控制 Pa-233,避免中子损失;后处理(THOREX 工艺)不够成熟;分离出的 U-233 可用于制造核武器。

历史上有 Shippingport 反应堆的轻水增殖堆芯(1977–1982)、德国和美国的高温气冷堆,以及橡树岭的熔盐堆实验(1965–1969)。印度的三阶段计划打算通过先进重水堆利用本国钍储量。中国 2023 年在武威启动了一座 2 MWth 钍基熔盐堆,据报道 2025 年实现了带功率换料。

相关术语

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  • 核裂变

    铀-235 或钚-239 等重原子核吸收一个中子后分裂成较轻的原子核,释放约 200 MeV 能量和更多中子。

  • 铀浓缩

    把铀中易裂变的 U-235 比例从天然的 0.711% 提高,用于制造反应堆燃料,浓缩度极高时可用于武器。

  • 燃耗

    单位初始重金属质量的核燃料释放的热能,通常以每吨重金属吉瓦日(GWd/tHM)表示。

  • 乏燃料

    在反应堆中使用后卸出的燃料组件,放射性极强、余热很高,含有铀、钚、裂变产物和次锕系元素。

  • SMR(小型模块化反应堆)

    单个模块电功率最高约 300 MWe 的核反应堆,设计上在工厂制造、模块化部署,以缩短工期、降低融资风险。