新型核反应堆 核心离不开钨钼

据香港《南华早报》网站12月5日报道称，中国将投入资金，研发两座熔盐反应堆，这是一种在冷战时就被抛弃的核能技术，但却是一种理论上更安全更高效的核技术。事实上，中国不是唯一试图重新启用这种技术的国家，美国、俄罗斯、法国与日本都在关注该技术，但中国似乎更加认真。这是因为我国核电站所需的核原料和铀的对外需求度高达85%，远超50%的国际警戒线，但是新型熔盐反应堆的主燃料—钍，我国的储存量居世界前列，也因此，发展第四代新型熔盐核反应堆也就有了别样的意义。

什么是熔盐堆？据了解，熔盐堆使用高温熔盐作为冷却剂，具有高温、低压、高化学稳定性、高热容等热物特性，无需使用沉重而昂贵的压力容器，适合建成紧凑、轻量化和低成本的小型模块化反应堆。熔盐堆采用无水冷却技术，只需少量的水即可运行，熔盐堆输出的高温核热可用于发电，也可用于工业热应用、高温制氢以及氢吸收二氧化碳制甲醇等，是我国北方干旱少雨地区实现高效发电，取代煤电厂的有效解决方案。

此外，易小型化是熔盐反应堆最为关键的特点，一旦研发成功，就将可用于核动力潜艇、核动力航母甚至是直达月球或火星的核动力航天飞机。上世纪50年代冷战时期，美苏就曾尝试着用熔岩反应堆方案制造核动力轰炸机，但由于技术原因，两国的核轰炸机计划最后均无疾而终，心照不宣地默默下线。据说，当时的研究人员在试图降低反应堆的大小和重量时遇到了问题，还一个主要问题是，在裂变过程中使用的热盐会对管道和核反应室造成腐蚀，这是熔盐反应堆最大的麻烦，当时的合金材料根本没办法解决这一问题。而近来，中国科学家声称已经找到了可以抗熔盐腐蚀的镍基超级合金，合金主要添加了钨和钼两种过渡金属元素。

选择合适的熔盐体系对熔盐反应堆有重要的意义，美国橡树岭国家实验室在选择熔融氟化物方面制定了一些参考标准：高温下具有高稳定性；低粘度和低蒸汽压；高比热容和热导率；熔体的熔点不能超过525 ℃；作为燃料的熔盐在辐照环境下仍能保持良好的稳定性；另外还要考虑熔盐与石墨或其他结构材料的相容性以及成本和可操作性。

也可以说，钨不仅被用于屏蔽，还被用于熔盐反应堆的抗腐蚀材料中。众所周知，镍基合金是目前应用广泛且研究最多的结构材料，纯镍具有良好的抗氟化物腐蚀性，但高温强度差使其不能作为单独结构材料，这就需要在镍中添加其它材料来进行加强，Mo和W等金属是目前公认的最耐氟盐腐蚀的纯金属，也是对镍材料最好的补足。科学家在对 Ni，Mo，W 和 Fe 在 LiF-NaF 中的电化学行为的研究结果表明，Ni，Mo和W 表现出不同于 Fe 的腐蚀行为特征，且前者的腐蚀速率小于后者，这可能与不同的腐蚀机制或电荷转移数相关。另外NASA的研究也证实了难熔金属Mo和W在反应堆3种氟化物盐中均未观察到明显的腐蚀。

科学家研究了含有不同量的Cr，钼Mo和钨W 等强化相元素的镍基合金在 850℃熔融FLiNaK 中的腐蚀性能，结果表明，Cr的选择性溶解和扩散是熔盐反应堆腐蚀的主要原因，要抑制Cr等元素的选择性溶解，有必要抑制合金元素的外扩散，施加扩散障可能是一种简单而有效的途径。这种扩散障除能抑制元素的外扩散外，其在熔盐体系中必须具有极高的化学稳定性，而添加了Mo和W难熔金属元素的合金 (Hastelloy-N和Haynes 230) 在腐蚀后沿晶界分别析出了富Mo相和富W 相，表明 Mo和W的耐氟盐腐蚀性能较好，是熔盐反应堆必不可少的增强元素。

经过多年研究和政府资助后，中国科学家已经研发出了特制的合金和涂层材料来防止化学腐蚀。在甘肃建设的熔盐堆旨在证明这一技术的可行性，如果验证成功，中国的熔盐反应堆技术率先突破技术瓶颈，成为世界上第一个完全自主拥有第四代核能技术的国家，我国的第一只核动力航母制造也将很快提上议程。不过熔盐反应堆的作用不仅是在军事上，还可用于建设海上小型核电站，小型核电厂等民用能源领域，其所发挥的作用意义深远，或将改变我们未来的能源结构。（中钨在线：伟平）

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