在未來的幾十年裡，核能將是世界的主要能源，並且它是零排放的。但是，有些人想到切爾諾貝利事件以及福島核事故之後，會覺得核電站是一種危險的存在。然而，有了釷之後，核電站的危險性就會大大減少。在可預見的未來，釷將轉變我們對核能的正規化。這背後有著怎樣的物理機制與技術突破？讓我們從基礎講起。

核能的物理機制

當你把較重的原子分裂成兩個較輕的原子時，會釋放出大量的能量。例如，鈾的一種同位素鈾-235是很好的裂變材料，當它受到中子的撞擊時，它會分裂成三個中子和兩個較輕的粒子：鋇-141和氪-92。然後這些中子又可以去撞擊其它鈾-235，繼續發生著核反應。透過這種方式，它可以形成連續的鏈式反應，產生越來越多的能量。

這種能量是從哪裡來的？如果我們考慮鈾-235和入射中子的質量之和，我們會得到236.053個原子質量單位。然後我們把反應後的產物的質量加起來，只會得到235.867個原子質量單位，前後相差了0.186個原子質量單位。根據愛因斯坦質能方程，前後質量之差轉化為了1.73億電子伏特的能量。

更深入一點的問題是，這些質量最初從何而來，為什麼可以轉化為能量？正如我們在之前關於太陽如何發光的文章中所討論的，這完全是於與強核力相關的結合能。在這種情況下，結合能是指打破原子核中質子和中子之間的鍵所需的能量。換句話說，要使質子和中子如此緊密地結合在原子核中，需要大量的能量。這來自於宇宙的一種基本力，叫做強核力。這種使質子和中子結合在一起的力或能量貢獻了原子的質量。因此，當原子核分裂時會損失一些質量，因為保持原子核結合在一起所需的能量更少了。這就是轉化為能量的質量的來源。

打破原子核鍵所需要的能量越多，原子的結合能就越高，具有較高結合能的原子比具有較低結合能的原子更穩定。從低結合能到高結合能就釋放了能量，它是原子核分裂過程中釋放的結合能之差。鈾的結合能比氪和鋇的結合能還低，當鈾分裂時，系統的整體結合能增加，這意味著鋇和氪處於更穩定、更低能量的狀態。

核廢料問題

核反應堆中的鈾-235燃料最終會轉化為廢料，如鋇、氪和元素週期表中的其它元素。問題是這些廢料通常是這些元素的放射性同位素，而它們的放射性會對人類造成威脅。然而，這並不是核燃料最成問題的部分，因為這些廢料的半衰期通常很短，通常在幾天或30年之間，因此這些廢料會在幾年之內變成穩定同位素，相對安全。

使用鈾作為燃料的更大問題是，它們還會透過嬗變產生其它廢料。嬗變是指一種核素吸收一個質子或一箇中子，變成一種不同的核素。當我們從地球上開採鈾礦石時，它主要由更為豐富的鈾-238組成。在天然鈾礦中，只有大約0.7%是鈾-235，這也是我們必須對天然鈾進行濃縮的原因，也意味著反應堆中的鈾燃料大部分是鈾-238。鈾-238也會吸收中子，但並不會分裂，而是嬗變成更重的元素，如鈽。問題是這種鈽不僅毒性很大，而且它還可以用於核武器。

國外許多人反對核電站，其中一個主要的原因就是核廢料產生的鈽可以製造大規模殺傷性武器。還有重要的一點是，由鈾-238嬗變產生的重元素中，大多數半衰期都非常長，這意味著我們不得不將這些核廢料埋在地下數百年甚至數千年，我們的安全才得以保證。這是核廢料的大問題，也是人們不喜歡核電的一個重要原因。

釷為何比鈾更優秀

釷比鈾豐富得多，據統計，地球上的釷是鈾的3倍多。不僅如此，我們還可以比鈾更高效地使用釷做燃料，據測算，一噸釷產生的電力能與200噸鈾相媲美。這是因為，核反應堆即使使用濃縮鈾，也只有3%-5%的鈾-235，剩下的不僅被浪費了，而且還會嬗變成更危險的核素。但是對於釷來說，我們基本可以把它全部消耗掉，並且它的開採更安全、更高效，因為含有釷的棕色礦石獨居石比同等鈾礦石濃度更高，不需要昂貴的富集過程。

既然釷比鈾更好，為什麼核反應堆不大量使用釷而使用鈾？首先，是設計和建造新核反應堆的技術困難。其次，釷是可育的而不是可裂變的，這意味著釷的使用方式必須與傳統鈾核電站不同。為了讓釷發揮作用，必須要使用一種增殖反應器，這是一種用非裂變材料製造燃料的反應堆。

在這個反應堆中，天然存在的釷-232吸收了一箇中子變成釷-233。然而，這種同位素並不是很穩定，它會經歷β衰變成為鏷-233。同樣，這種同位素也是不穩定的，它將再次經歷β衰變成為鈾-233。我們從釷開始，繞了一圈又回到了鈾。但與傳統鈾核電站不同的是，生成的鈾都是可裂變的，沒有鈾-238的問題。最終，釷將全部轉化為鈾-233作為燃料消耗殆盡，也不大會產生相對危險的放射性廢物。

在使用釷這方面，我國處於領先地位。去年，我國完成了世界首個新的釷熔鹽反應堆。它只能在高溫下工作，一旦發生意外，燃料就會自動凝固阻止核反應的繼續發生，從而保證了安全。