
【军武次位面】作者:金色轰炸机
近期,美国《纽约客》杂志发表了一篇题为《How America Gave China an Edge in Nuclear Power》的文章,讨论中美在熔盐反应堆技术领域的历史合作与当前竞争。尽管《纽约客》的态度比较中立,但不少激进的评论仍然认为,中国用几百万“剽窃”了美国熔盐堆技术,然而这种说法根本不属实。
▲中国TMSR-LF1
毫无疑问,当前中国和美国在第4代核反应堆技术上的竞争已经非常激烈,但中国最先进的第4代反应堆技术钍基熔盐堆不止有自己的努力研发,许多技术也是通过和美国合作拿到的,不是“偷”来的。《纽约客》的文章写到,美国才是熔盐反应堆的技术起源。早在1954年,美国橡树岭国家实验室就建成并运行全球首个熔盐反应堆ARE,但ARE的技术并不成熟,它的功率只有2.5兆瓦,更多是为了验证熔盐堆技术的可行性。它的发展方向根本不是发电,而是考虑能否成为核动力飞机的动力装置。
▲Aircraft Reactor Experiment熔盐反应堆实验装置
到了1965年时,新一代熔盐反应堆实验装置MSRE诞生。它的功率已经达到了8兆瓦,是历史上唯一真正运行过的实验熔盐堆,累计满功率运行超过了13000个小时。它成功验证了熔盐反应堆中非常关键的液态燃料循环、在线维护等关键技术,还实现了从U-235到U-233的燃料转换。通过这些研究,美国积累了大量数据和项目经验。
▲MSRE熔盐反应堆
中国这边,在熔盐堆技术上的起步放在全球来看并不算太晚,但比起美国来说就差了很多。上世纪70年代初时,上海物理研究所曾启动728工程,建立了一个零功率冷态熔盐堆。这个熔盐堆是为了验验证堆芯物理设计、中子学特性,但后来探索没有继续。直到2011年时,中科院又重新正式启动了熔盐堆的研究,并将其视为战略级项目。换句话说,中国在过去几十年的研究中,没有取得和美国比肩的研究成果,两者之间的技术和经验差距起码在半个世纪以上。
但就和中美在其他很多科学技术领域的竞争一样,在第4代核反应堆技术上,中美之间也出现了那个“龟兔赛跑”的规律:中国是那个起步晚、速度慢、但是持续不断前进的“乌龟”。美国则是那个遥遥领先却原地张望,甚至有些傲慢的“兔子”。最后的结局就是,兔子变成了乌龟,乌龟则变成了兔子。不同的是,变成兔子的乌龟不会骄傲,反而会利用优势更快地前进。
▲中国TMSR-LF1熔盐堆实验装置
2025年,中国已经建成了TMSR-LF1熔盐堆,它是目前全球唯一正在运行中的钍基熔盐堆,整个实验装置的设备国产化率达到了90%以上,而且是全球唯一能够实现燃料转换的钍基熔盐堆。专家估计,在2030年该实验堆就有希望建成新一代的示范项目,实现初步的商业化。
反观美国,原本手握半个世纪的技术优势,但如今美国国家实验室主导下的熔盐堆项目探索已经严重减速。还坚持从事相关研究的,只剩下了美国的一些民营企业。比如Kairos Power公司就在致力于建立一个低功率的示范堆项目,TerraPower公司也在尝试推进氯化物快堆实验。但可以肯定的是,这些项目全都处于原型阶段,根本没有正在运行中的熔盐堆。所以从现实建设速度和未来商业化转换的时间上来看,中国至少已领先美国10年以上。
▲《纽约客》文章
中美之间的这种“优势转换”,让无数美国媒体和技术人唏嘘。他们最感兴趣的问题是两个,一是美国明明起步这么早,最后为什么放弃了。二是事情的转折究竟发生在什么时间点,又是怎么发生的。
回答第一个问题并不困难,美国放弃熔盐堆,就和很多被废弃的技术一样,是“制度”和“时代”等等底层因素共同决定的。到美国建成了两个熔盐实验堆之后,原本应该尽快推进项目转入实用化,但美国原子能协会在对比后,在熔盐堆和液金属快中子增殖堆之间做了选择。美国专家们一致认为液金属快中子增殖堆的优势非常明显,使用钠冷却,能产生更多钚,更有利于生产大威力核武器,满足冷战中的军事需求。熔盐堆更安全、经济潜力更大,但不利于钚的生产,于冷战竞争没有意义。
▲三哩岛核电站
1973年和1976年,美国原子能委员会两度以财政原因停止了熔盐堆的技术推进。为了追求利润,美国西屋电气、通用电气等大公司开始纷纷站队,同时努力推进固态燃料轻水堆的商业化开发。于是熔盐堆很快就被政府、资本等等抛弃,被当成了“非主流”项目。原本熔盐堆最有价值的应用方向之一就是发电,但1979年美国发生了三哩岛事故,核电建设自此全面停止,连带着熔盐堆也就更没有起死回生的可能了。
转折又发生在哪里?《纽约客》认为大约是2015年。2011年中国重新启动熔盐堆战略级项目后,决定与美国合作推进技术积累。当时中国科学院上海应用物理研究所与美国橡树岭国家实验室陆续签署了大量合作研发协议。中国提供资金,美国则提供历史经验和基础设施。根据披露出的信息,中国出资了大约400~500万美元,要求美国实验室配合建造一个可以运行的高温熔盐堆测试回路。该回路用于测试材料耐腐蚀性、管道组件、盐循环稳定性等关键的工程与技术问题。
▲中国TMSR-LF1
站在今天的角度看,这其中根本不存在什么中国的“技术剽窃”,而是中美之间的一次平等合作。中国的资金帮助美国保留住了老专家,同时新项目也培训了一批年轻的研究员。否则美国在相关领域的技术积累,早晚都会因为本土投资的不足而彻底中断。而中国通过这种合作,成功解决了从理论到实践的问题。通过吸收美国已有的经验,少走了很多弯路,节省了大量的试错时间和成本,为TMSR-LF1的出现打下了基础。
当中美的这种合作因不可抗力而停止时,美国在熔盐堆上的技术前景,仍然因为没有解决资金和政府层面的障碍而显得暗淡。中国则势必将在TMSR-LF1的基础上,依托国家级力量和制度优势将其成功应用到商业领域。再看往后20年中国,中美必然在熔盐堆技术上拉开巨大差距,这是让美国媒体们最唏嘘的地方。
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