钍与核能

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钍元素的优劣分析报告

钍元素的优劣分析报告

钍元素的优劣分析报告钍是一种稀有金属元素,具有很高的密度和强度,因此具有广泛的应用领域。

然而,钍也存在一些缺点和挑战。

本文将对钍元素进行优劣分析。

首先,钍具有高密度和强度的优点。

钍的密度为11.7克/立方厘米,比钢的密度高约三倍,使得钍可以用于制造高密度的合金材料。

而且,钍具有良好的强度和耐腐蚀性,这使得钍在航空航天和核工业等领域中得到广泛应用。

其次,钍具有优异的热稳定性。

钍的熔点为3,420摄氏度,热膨胀系数低,因此可以在高温环境下稳定工作。

这使得钍可以用于制造高温设备,如高温熔融盛容器和高温炉。

此外,钍还具有较低的放射性。

钍具有自发核裂变的能力,产生的α粒子对人体组织的侵入性较弱,因此对人体的伤害相对较小。

这使得钍在核能产业中得到广泛应用,如核燃料和核燃料加工。

然而,钍也存在一些挑战和缺点。

首先,钍的稀有性使得其价格较高。

钍是一种非常稀少的元素,全球资源有限,因此钍的价格较高,这限制了其在某些领域的应用。

其次,钍具有高毒性和放射活性。

尽管钍的放射性相对较低,但长期暴露于高浓度的钍化合物可能对健康产生危害。

此外,由于钍具有毒性,其在生态系统中的积累可能对环境造成负面影响。

最后,钍材料的加工难度较大。

由于其高密度和高熔点,钍的加工和制造相对困难。

这导致钍材料的生产成本较高,限制了其在某些领域的应用。

综上所述,钍元素具有高密度、强度和热稳定性的优点,适用于航空航天、核工业等领域。

然而,钍的稀有性、高毒性和放射性以及加工难度等问题也限制了其应用。

因此,在利用钍元素时,需要权衡其优缺点,综合考虑各方面的因素。

钍的核反应堆

钍的核反应堆

钍的核反应堆钍核反应堆是一种新型的核能发电技术,它利用钍的放射性衰变产生的热能进行发电。

钍核反应堆有很多优点,例如燃料资源丰富、可持续发展、较高的热效率等。

然而,钍核反应堆也面临着一些挑战,如燃料提取和处理的技术难题以及核废料的处理等。

钍的核反应堆发展前景广阔,但仍需要进一步研究和改进。

钍是一种丰富的地壳元素,被广泛认为是一种燃料资源。

根据估计,地球上钍的储量比铀多得多。

这意味着通过开发和利用钍反应堆,可以为人类提供可持续发展的电力能源。

与石油、煤炭等化石燃料相比,钍反应堆不会产生大量的温室气体和空气污染物,对环境影响较小。

而且,钍核燃料燃烧的热效率远高于传统燃烧燃料的热效率,可以提供更多的电能输出。

钍核反应堆的基本原理是利用钍(Th-232)的放射性衰变产生的热能。

钍-232在经过衰变过程后会变成铀-233,铀-233是一种裂变性物质,可以产生大量的热能。

由于钍-232的半衰期相对较长(约14亿年),因此钍式反应堆可以被视为一种长期的能源解决方案。

相对于铀燃料反应堆,钍反应堆的燃烧时间更长,因此不需要频繁补充新燃料,减少了运维成本和燃料循环的复杂性。

然而,钍核反应堆的技术和设备仍然处于早期阶段,许多技术和工艺问题仍待解决。

首先,钍的提取和处理技术还没有得到完全成熟,这是由于钍原子相对较大以及与其他元素的化学反应性较强,使得它在提取和处理过程中更难被纯化。

另外,钍-232的裂变横截面较小,需要更高的中子速度来引发裂变反应,这在加速器驱动裂变系统中提出了一定的挑战。

钍核反应堆还面临着核废料的处理难题。

虽然钍反应堆产生的核废料相对较少且辐射性较低,但仍需要进行妥善处理。

当前,对于钍核反应堆产生的废物的处理还没有一个明确的方案,需要进一步的研究和实践。

此外,钍核反应堆的建设和运行成本也较高,这也是一个需要解决的问题。

尽管钍核反应堆面临一些技术和经济上的挑战,但它仍然具有巨大的发展潜力。

随着科学技术的进步和工艺的改进,上述问题将逐渐得到解决。

钍元素开发利用

钍元素开发利用

钍元素开发利用
钍元素的开发利用主要包括以下领域:
1.核聚变反应堆:钍是核聚变反应堆中的重要燃料,可以通过聚变反应产生能量。

相比核裂变反应,核聚变反应不会产生高放射性废料和核武器材料,因此被认为是理想的清洁能源技术之一。

钍的丰富性和安全性使其成为核聚变反应堆中的主要燃料。

2.钍基反应堆:钍基反应堆是一种将钍和铀结合在一起使用的核反应堆,它可以大大减少核废料的产生。

钍基反应堆使用钍来产生中子,中子可以与铀反应,产生能量。

由于钍的丰富性和铀和钍的反应产生的核废料较少,因此钍基反应堆被认为是另一种潜在的清洁能源技术。

3.钍热堆:钍热堆是一种利用钍和铀反应来产生能量的核反应堆。

它使用钍和铀反应来产生高温,高温再用来产生蒸汽,进而产生电力。

钍热堆可以使用天然的钍矿石作为燃料,因此对环境的影响较小,被认为是一种潜在的清洁能源技术。

此外,钍燃料发电也被视为一种具有前景的能源,其优点包括蕴藏量丰富、燃料装造较简易、产生较少核废料和不易制成武器等。

在研究利用钍的可行性之后,核物理学家爱德华·泰勒等人曾建议重新采用被摒弃30年的钍能发电和建造原型核反应堆。

总的来说,钍元素在核能领域具有广泛的应用前景,对于解决能源危机和环境保护问题具有重要意义。

钍基反应堆原理

钍基反应堆原理

钍基反应堆原理引言:钍基反应堆是一种利用钍-232同位素进行核裂变的核能发电反应堆。

它具有较高的热效率和较长的燃料周期,被认为是未来的一种可持续发展的核能解决方案。

本文将介绍钍基反应堆的原理及其工作过程。

一、钍基反应堆的基本原理钍基反应堆的基本原理是利用钍-232同位素经中子轰击产生钍-233同位素,然后将钍-233同位素裂变产生能量。

钍-232是一种天然存在的放射性元素,它可以通过中子轰击变成钍-233,钍-233具有较高的裂变截面,可以产生大量的能量。

二、钍基反应堆的工作过程1. 中子轰击:钍基反应堆中,通过将中子引入反应堆中,使其与钍-232发生中子轰击反应。

中子轰击会使钍-232变成钍-233,同时释放出能量。

2. 钍-233裂变:钍-233是一种不稳定的同位素,会自发地发生裂变反应,释放出大量的能量。

这个过程是连锁反应,每个裂变产生的中子会继续引发更多的钍-233裂变。

3. 能量转化:钍-233裂变释放的能量会转化为热能,使反应堆内的冷却剂(如水或氦气)被加热。

热能通过传导、对流或辐射的方式传递给工作介质,如水蒸汽,产生蒸汽驱动涡轮机发电。

4. 燃料再循环:钍基反应堆的燃料周期较长,燃料在反应堆内的使用时间可以达到几十年。

在使用过程中,钍-233会逐渐转变成钍-234和铀-233,这些产物可以被提取和再利用,进行燃料再循环,以延长燃料的使用寿命。

三、钍基反应堆的优势1. 资源丰富:钍是地球上非常丰富的元素,其储量远远大于铀和锂等其他核能材料。

因此,钍基反应堆具有长期可持续发展的潜力。

2. 高效利用:钍基反应堆可以通过中子轰击钍-232,将其转变为钍-233,并利用钍-233进行裂变反应。

相比于传统的铀基反应堆,钍基反应堆可以更有效地利用核燃料,提高能源利用率。

3. 安全性高:钍基反应堆产生的核废料主要是钍-234和铀-233,这些废料相对较稳定,不会产生高放射性废料,降低了核废料的处理难度和环境风险。

钍金属元素范文

钍金属元素范文

钍金属元素范文钍又称为镱,是一种化学元素,属于金属元素。

它的原子序数为90,原子量为232.0381、钍的化学符号为Th,来自于希腊语中的“Thorr”(Tor,雷神)。

钍是一种稀有金属,被广泛用于科学研究和工业应用。

钍是一种银白色的金属,具有较高的密度和较低的熔点。

它是一种较为稳定的元素,可以长期保存在空气中而不会被氧化。

钍具有良好的热和电导性能,是一种良好的结构材料,常用于核能工业、航空航天和化工等领域。

钍的发现可以追溯到19世纪初,由瑞典化学家杰尔纳尔·贝尔塔·格奥尔格·阿诺都的研究。

他通过分离矿石中的铀原子,发现了一种新的元素,即钍。

这一发现引起了广泛的关注,并在后来的研究中得到了证实。

钍的名称源自于斯堪的纳维亚神话中的雷神托尔,象征着其强大的力量和稳定性。

钍的应用非常广泛。

首先,钍在核能工业中起着重要的作用。

它具有良好的中子吸收性能,可以用于制造核反应堆中的控制杆。

此外,钍还可以通过衰变产生热能,被广泛应用于放射性热发电机中。

这些应用使得钍在核能领域的需求量不断增加。

除了核能工业,钍还在其他行业中得到应用。

例如,钍可以用于制备高温超导材料和激光器材料,其稳定性和良好的导电性能使其成为这些材料的重要组成部分。

而钍化合物也广泛应用于催化剂、光学玻璃、电子器件等领域。

此外,钍还有很多其他的应用。

在航空航天领域,钍可用作飞行器导热体、反应堆结构件、电池钍源以及航空发动机中的耐蚀合金等。

在化工领域,钍可用作催化剂和催化反应中的载体。

在科学研究中,钍还被广泛应用于探测器、探测器和实验设备等方面。

总之,钍是一种重要的金属元素,具有广泛的应用领域。

由于其稳定性和独特的性能,钍在核能工业、航空航天、化工和科学研究等领域都发挥着重要作用。

随着技术的不断发展,钍的应用前景将变得更加广阔。

钍反应堆原理

钍反应堆原理

钍反应堆原理钍反应堆是一种利用钍元素进行核裂变的核能技术。

钍是一种丰富而稳定的元素,且具有较长的半衰期,因此被广泛用于核能领域。

钍反应堆的原理是通过引入中子来促使钍原子发生裂变,产生核能并释放出大量的热能。

钍反应堆的核心部件是一个密闭的反应堆容器,内部含有钍元素和中子源。

当中子源释放中子并与钍元素接触时,便会引发链式反应。

钍原子吸收中子后,不稳定的钍核会分裂为两个较小的碎片,并释放出更多的中子。

这些中子又会与周围的钍原子发生碰撞,从而引发更多的裂变反应。

通过这种链式反应,钍反应堆能够持续地释放出大量的核能和热能。

这些能量可以被用作发电、提供热水、供暖等方面的用途。

与传统能源相比,钍反应堆具有巨大的优势。

首先,钍是一种丰富的元素,世界各地均有丰富的储量,可以满足人类长期能源需求。

其次,钍反应堆几乎不产生有害的气体或放射性废物,对环境安全无害。

再者,钍反应堆的燃料不容易引发核链式反应,因此相对较安全。

钍反应堆的应用潜力巨大。

在发电领域,钍反应堆可以取代传统的燃煤发电厂,大幅减少二氧化碳和其他有害气体的排放,并为人们提供可靠、稳定的清洁能源。

在农业领域,钍反应堆的热能可以被应用于温室种植、温室畜牧等方面,提高产量和质量。

在航天领域,钍反应堆可以为太空探索提供稳定的能源,例如供给宇航员在长时间太空任务中使用。

尽管钍反应堆具有许多优点和广阔的应用前景,但也面临一些挑战和问题。

首先,钍是一种稀有的元素,开采和提纯的成本较高。

其次,钍链式反应过程中产生的中子会对材料产生辐射损伤,需要耐高温和辐射的结构材料。

此外,安全问题也是一个需要仔细解决的难题,任何核能技术都需要谨慎操作和有效的安全措施。

总体而言,钍反应堆作为一种新兴的核能技术,在可持续能源领域具有巨大潜力。

通过合理的设计和持续的技术创新,钍反应堆将为人类社会提供清洁、可靠的能源来源,推动可持续发展的进程。

[指南]钍元素:核能开发新思路

[指南]钍元素:核能开发新思路

钍元素:核能开发新思路福岛核危机,让全世界对核电安全充满了担忧。

德国等一些国家甚至宣布要在不久的未来放弃使用核能。

寻找更清洁、更安全的能源获得方式,成为人们更加关心的问题。

不久前,英国《每日邮报》报道说,世界上已知的钍元素储量可以至少为全球提供1万年的能源支持。

目前,英国科学家们已经在曼彻斯特南部的柴郡平原,建起了一个用于研究钍的小型加速器——EMMA,目的是寻求用钍代替铀作为新型核燃料的方式为解决人类未来的能源需求,人类研究应用铀和钚的核电技术已经有六七十年了,虽然核电相对于煤电有其不可替代的优点,但是安全性和核废料的处置两大问题一直引起广泛关注。

翻开核能利用的研究发展史,我们注意到科学家早在上世纪50至70年代就研究过钍元素,它作为核燃料应用有很多独特优点,如果拿它来发电,既安全又绿色,是铀和钚最理想的替代品。

储量大、易提炼、更清洁1吨钍能抵200吨铀的能量虽然钍元素本身不是裂变物质,但研究发现,一个普通的钍-232原子核吸收一个中子就会变成钍-233,它很快就经历两次β-衰变,变成铀-233,这可是一种长寿命的易裂变物质。

而相比于铀元素,用钍做核燃料还有很多天然优势。

第一,地壳表面的钍就是钍-232,几乎不含钍的其它同位素,在原料提取中十分方便,与从天然铀中浓缩只占0.7%的铀-235相比,省了非常费事又成本高昂的一步。

第二,自然界里的钍主要存在于独居石中,而独居石易于开采而且比铀矿丰富得多。

据测算,天然铀里的铀-235只够人类使用几十年。

除非现在开始投资另外建设一种增殖反应堆,让占天然铀99%以上的不可裂变的铀-238变成可裂变物质钚-239,那才能延长天然铀的使用年限。

而有资料称,钍的估计储量是铀储量的3至4倍。

第三,钍在核反应中能更充分地释放能量,有资料显示,一吨钍裂变产生的能量抵得上200吨铀。

研究还发现,使用钍来发电只产生相当于传统核电站0.6%的辐射垃圾。

有毒的放射性废料大大减少,而且这些核废料只需存放三百年,其后的毒性已经很低,不像使用铀的反应堆那样,有的核废料放射性长达万年以上。

自然界的核原料

自然界的核原料

自然界的核原料核原料是指用于核能发电或核武器制造等核技术应用的材料。

在自然界中存在着一些丰富的核原料,它们是人类能够利用的重要能源资源。

本文将介绍几种常见的自然界核原料,并探讨它们的应用和意义。

1. 铀矿石铀矿石是最重要的核原料之一,它是自然界中含铀的矿石。

铀矿石主要存在于地壳中的花岗岩、黑云母片岩和砂岩等中,富集程度较高的地区有澳大利亚、加拿大、哈萨克斯坦等国家。

铀矿石经过提取和浓缩,可以得到适合核能发电或核武器制造的铀浓缩物。

铀是一种重要的燃料,它能够通过核裂变释放出巨大的能量,被广泛应用于核能发电。

2. 钍矿石钍矿石是另一种重要的核原料,它是自然界中含钍的矿石。

钍主要存在于矿石中的独居石、独居石矿石和钍铀矿石中,富集程度较高的地区有中国、澳大利亚、巴西等国家。

钍可用于核能发电中的钍-铀燃料循环,也可以用于制造核武器。

此外,钍还具有良好的吸收中子能力,广泛应用于核反应堆的控制棒。

3. 钚钚是一种重要的人工核原料,它无法在自然界中大量存在。

钚可通过中子轰击铀-238或钍-232产生,主要用于核能发电和核武器制造。

钚的裂变产物不仅具有高能量释放,还具有极强的放射性,因此必须严格控制和管理。

钚的利用需要经过多道工序,包括提取、浓缩和制备等过程,安全管理至关重要。

4. 铀-235铀-235是铀矿石中的一种同位素,它是核能发电和核武器制造中最重要的核原料之一。

铀-235的丰度较低,只有0.7%,因此需要经过铀浓缩工艺提高其丰度。

铀-235的核裂变能产生大量的能量,并释放出中子,进一步促进核链反应的进行。

在核武器制造中,铀-235通常用于制造“原子弹”。

5. 钚-239钚-239是一种人工核素,它是铀-238经过中子捕获和质子辐射转化而成的。

钚-239是核武器制造中使用的核原料,也可以用于核能发电。

钚-239的裂变产物能够释放出大量的能量,并产生更多的中子,从而实现自持链式反应。

钚-239具有极高的放射性,需要进行严格的管理和控制。

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钍与核能
文章基于核电所面临的安全性、核废料处置及铀储量少的现状,着重对一种新的、储量更丰富、能代替铀作核燃料且更安全、产生的辐射垃圾更少的元素钍进行了介绍,着重对钍在各种堆型中的利用潜力进行了分析,为未来核电能更持久的发展提供了一种新的选择。

标签:钍;反应堆;燃料
人类为满足能源需求,对铀和钚核电技术的研究已有六七十年。

虽然核电有其不可替代的优点,但安全性和核废料的处置两大问题一直引起广泛关注,而且研究表明,如果核电技术得不到提高的话,目前全球的铀储量仅可供人们使用50到70年。

与传统核燃料铀相比,钍的储量更加丰富,约为铀的3~4倍,且更易进行浓缩与提练,在发电过程中也只产生相当于传统核电站0.6%的辐射垃圾,核废料存放时间远小于铀核电站,因此更容易处理。

此外,使用铀作为核燃料会产生大量可用来制造核武器的钚,而钍能核电系统则只会产生极少量的钚,所以在确保核不扩散方面更具保障性,钍能核电系统也因此可能成为和平利用核能的最佳选择。

1 钍可作为核燃料的依据
Th232虽然不是易裂变材料,但它通过两个核反应能生成可直接作为反应堆燃料的易裂变核素U233,转化过程如下:
90Th232+0n1→90Th233+γ(中子吸收过程)
90Th233→-1β0+91Pa233(β衰变,半衰期T1/2=22.3min)
91Pa233→-1β0+92U233(β衰变,半衰期T1/2=27days)
可见随着铀矿的逐渐消耗,钍可能会成为重要的能源来源。

2 钍作为核燃料的优势
钍除了具有储量大更安全等优点,还具有良好的核性质,如表1所示[1]。

表1 钍、铀、钚重要同位素的核反应特性
由表1可见:(1)Th232的热中子俘获截面将近U238的3倍,所以在热堆中,钍/铀燃料转换率要明显大于铀/钚燃料转换的效率。

(2)在热中子区,U233的有效裂变中子数比Pu239大,意味着钍在热堆中可实现较高的燃耗。

(3)快堆
中Th232的裂变截面比U238低,而且在快中子谱条件下,Pu239有效裂变中子数比U233大。

但Th232的快中子俘获截面比U238略高,所以Th232比较适合于在快堆中转化为U233,经处理分离,U233应在热堆中燃烧,以充分发挥其在热中子谱条件下的优势。

3 各种堆型的钍利用潜力分析
本节对轻水堆、重水堆、高温气冷堆、快中子堆、ADS、熔盐堆和聚变-裂变混合堆等各种堆型利用钍的潜力进行了详细的分析,具体情况如下。

3.1 轻水堆
当前关于轻水堆的钍燃料循环研究中,钍基燃料组件设计几乎都是种子-再生组件结构或是其衍生设计形式。

这些燃料组件中,中心区的种子燃料元件采用富集度较高的UO2或Pu239的混合燃料来提供中子。

外部再生区的元件棒一般采用ThO2棒或ThO2和UO2的混合物,Th232吸收种子区提供的中子后生成U233并就地裂变,即实行一次通过式的燃料循环方式。

虽然钍燃料循环具有很多优点,但研究表明,当前的轻水堆核电站烧钍仍不成熟,存在较多问题。

具体表现在以下几方面:(1)在传统的轻水堆核电站上烧钍并不能较多地节省易裂变燃料。

(2)“一次通过”的燃料循环方式,将导致需处置的乏燃料体积大大增加;另一方面,乏燃料中还有大量未被利用的U233和Th232,这会造成严重的资源浪费。

因此,最好进行“闭式”燃料循环,但钍燃料循环中的强γ辐射会给U233燃料的加工和后处理造成很大的障碍。

(3)钍燃料循环的种子-再生燃料组件设计给组件制造带来困难,并使堆芯比通常的堆芯布置更加复杂,给燃料管理带来了较大的挑战。

因此,轻水堆利用钍燃料循环在节省天然铀、经济性能和后处理方面并不优于传统的铀钚燃料循环,这导致了钍燃料循环对当前的轻水堆核电站没有较大的吸引力。

3.2 重水堆
目前国内外关于重水堆的钍燃料循环研究,其组件设计基本也都是采用种子-再生燃料组件结构。

存在的问题与轻水堆基本相同。

3.3 高温气冷堆
研究表明,高温气冷堆是利用钍资源的一种优良堆型。

一方面,高温气冷堆采用石墨作慢化剂、包壳和堆芯结构材料,使得堆芯具有良好的中子特性。

IAEA 的研究表明,高温气冷堆烧钍可以达到更高的转换比(超过0.8),而且与轻水堆利用钍比较,可节约天然铀50%,分离功也可节约50%。

另一方面,高温气冷堆对于采用各种燃料循环都具有很大的灵活性。

它可以采用低浓铀钚燃料循环,也可采用铀钍循环,这一特点对钍资源的利用很重要。

因为U233在自然界不存在,所以在钍铀燃料循环初必须先采用U235作为燃料。

高温气冷堆可以在同一座反应堆内实现这一过程。

此外,ThO2比UO2具有更好的化学和辐照稳定性、更高的热导率、更低的热膨胀系数,这些优势使得钍基高温堆具有更好的运行性能,有助于燃耗的提高[2]。

通过以上分析可以看出:高温堆是采用钍燃料循环的理想堆型。

3.4 快中子堆
表1中的结论3表明,可利用快堆增殖层辐照钍,用于生产U233,再将U233放在热堆中燃烧来充分发挥其在热中子谱条件下的优势。

3.5 加速器驱动次临界系统、熔盐堆和聚变-裂变混合堆
加速器驱动次临界系统、熔盐堆和聚变-裂变混合堆是钍资源利用的理想途径。

但是由于这几种反应堆技术都不成熟,因此没有哪个堆型是应该优先发展的堆型。

加速器驱动次临界系统必须首先解决加速器及其整个系统的长期稳定可靠运行及其可维护性等一系列具有挑战性的问题。

熔盐堆将易裂变和可转换材料融于氟化物熔盐中作为燃料和冷却剂,它也被列入第四代核能系统的候选堆型之一。

熔盐堆可实现在线后处理,去除熔盐中的裂变产物,并不断地在熔盐中添加钍。

最近几年,法国、俄罗斯、美国和OECD等都在重新研究和评估钍燃料在熔盐堆中的应用。

但熔盐堆燃料回路的高放射性带来的维修问题,设备和管路的腐蚀等问题,需要进一步解决[3]。

聚变-裂变混合堆的实现将和快堆一样是解决核能发展中核燃料短缺以及提前利用聚变能的一种有效方式。

然而应该指出,混合堆的技术远不如快堆成熟,目前仅仅停留在工业可行性论证和概念设计阶段。

它的实现,需要聚变和裂变技术方面共同做很多努力。

4 结束语
原则上任何一种堆型都可以烧钍,在所有的热中子反应堆中,只有高温堆的燃料能达到很高的燃耗。

当前钍资源利用的有效途径是在快堆上生产和高温堆上烧钍。

在将来快堆和热中子堆同时发展与并存的阶段,钍资源的利用是有希望的。

此外,需要说明的是,由于缺乏相关的数据,对于任何使用钍基燃料的核能系统而言,进行有意义的成本估算几乎是不可能的。

但可以明确的是,钍基燃料费用在整个发电成本结构中所占的比重将比较小,与铀燃料费用相当甚至更低。

参考文献
[1]顾忠茂.钍资源的核能利用问题探讨[J].核科学与工程,2007,27(2):97-105.
[2]Jing Xingqing,Xu Yunlin. Thorium-Based Fuel Cycles in the Modular High
Temperature Reactor[J]. TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY,2006,11(6):731-738.
[3]左嘉旭,张春明.熔盐堆的安全性介绍[J].核安全,2011,3:73-77.
作者简介:宋旺旺(1991-),女。

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