在全球能源轉型的關鍵時期,核能正重新被視為實現能源安全與碳中和目標的重要支柱。
隨著氣候變化威脅日益加劇,各國在積極發展可再生能源的同時,也開始重新審視核能這一高能量密度、低碳排放的清潔能源形式。在傳統鈾燃料核電體系之外,釷反應堆(Thorium Reactor)因其安全性高、資源豐富、廢物壽命短等優點,被認為是「第四代核能」的重要發展方向之一。
釷核能的研究最早可追溯至20世紀50年代,美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)建成了液態氟鹽實驗堆(MSRE),並首次驗證了以釙-232吸收中子后轉化為裂變性鈾-233的可行性。該實驗堆成功運行數年,證明了液態燃料與低壓冷卻的潛力。然而,冷戰時期核武器需求主導了核技術發展,美國政府更青睞可生產鈈-239的鈾燃料循環,釷路線因此被邊緣化。進入21世紀,全球能源結構調整、化石能源枯竭以及碳減排壓力,使得釷能再度進入學術與產業視野。
釷本身並不可裂變,必須通過吸收中子轉變為可裂變的鈾-233,因此其燃料循環更複雜。再處理和中子經濟性問題長期制約了其商業化步伐。儘管如此,釷資源儲量是鈾的三倍以上,且分佈廣泛、放射毒性較低。釷燃料循環可減少長壽命放射性廢物並降低堆芯熔毀風險,這些特性使其在「後化石時代」的能源結構中具有獨特吸引力。
目前,全球釷反應堆仍處於原型與示範階段。其中最引人注目的是中國科學院核能安全技術研究所主導的「釷基熔鹽反應堆」(TMSR)項目。位於甘肅武威的TMSR-LF1於2024年實現首次臨界並穩定運行,2025年實現不停堆加料,成為全球首個成功實現持續運行的釷熔鹽堆。這標誌著中國在該領域取得階段性領先成果。中國的優勢不僅在於雄厚的科研體系和政策支援,還得益於長期穩定的研發投資、系統化的技術路線以及中央層面對核能安全與創新的統籌部署。相比之下,美國雖是最早提出釷反應堆概念的國家,但冷戰結束后核能研究經費銳減,加之監管體系保守、公眾對核能安全顧慮較深,民用核創新項目推進緩慢,使其在該領域逐漸落後。
印度是另一個釷資源大國,其儲量佔全球約四分之一。早在上世紀70年代,印度就確立了「三階段核能計劃」:第一階段以重水堆利用鈾-235;第二階段發展快中子增殖反應堆(PFBR),生產可裂變材料;第三階段計劃大規模利用釷燃料。其設計的先進重水堆(AHWR)即以釷為主燃料,具備較高安全係數,但目前仍處於研發與驗證階段。英國與歐盟則通過科研聯盟推進小型模組化熔鹽堆(MSR)及釷燃料測試計劃。例如英國原子能署支援的Moltex項目和歐盟Euratom計劃,旨在探索經濟可行的液態燃料系統。日本和韓國雖然在核能領域擁有深厚基礎,但在釷燃料循環研究上進展有限,更多集中在後處理技術與安全評估方面。
總體來看,釷能仍處於「技術可行、商業待定」的階段。預計2030年前,各國主要聚焦於實驗堆與小型示範裝置;2030年至2040年間,若關鍵材料、燃料製備及再處理工藝成熟,有望出現百兆瓦級商業原型機組;而真正實現規模化商用發電,可能要等到2040年之後。屆時,釷反應堆或將與快堆、小型模組化堆共同構成新一代核能體系的重要支柱。
對於加拿大而言,其在核能技術和監管體系上具有顯著優勢。CANDU重水堆的成熟經驗使加拿大在重水慢化與燃料多樣化方面積累深厚基礎。釷燃料完全可在CANDU體系中部分替代鈾燃料,而無需大幅改動堆型。此外,加拿大在礦產資源、核材料處理、以及安全監管領域具備國際公信力,若能提前參與釷燃料研究、材料科學及模組化反應堆設計,不僅可促進國內清潔能源產業升級,也可成為未來國際核能合作的重要夥伴。在「淨零排放」與能源多元化的背景下,釷能為加拿大提供了一個值得長期佈局的戰略選項。
綜上所述,釷反應堆代表著核能技術發展的新方向。儘管距離商業化仍有較長路要走,但隨著材料學、燃料迴圈和安全控制技術的持續突破,釷能有望在未來幾十年內成為全球能源轉型的重要支撐力量。