爱吱声

标题: 钍基熔盐堆：中国核动力航母的关键词 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2023-12-15 14:24
标题: 钍基熔盐堆：中国核动力航母的关键词
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
8 c6 B. S, C0 m; p$ T. J; m) e
- Y- V; _0 s! g4 B& x9 @在不久前的2023年中国国际海事技术学术会和展览会上，中船集团江南造船发布了全球首型、世界最大24000TEU级核动力集装箱船船型，并获得挪威船级社（DNV）颁发的原则性认可证书。( Z: Z+ l, {) P) @7 U9 r

7 a' _; n  G8 X: _& i消息传出，人们将信将疑：集装箱船有必要核动力吗？各国商港让进吗？/ E3 W' |; a9 D. K

) W2 k8 p+ ^) K, A7 ~% @/ A也有敏感的人们马上意识到：这可能是核动力航母的幌子。但马上有敏锐的人们指出，换燃料周期只有15-20年，在航率会成问题。
8 F6 B5 ]8 e: Y. R! Y. D6 a5 Y3 \' N" K4 r; }9 F' d: u. e( z
还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
, V  p  B* q4 j0 j' v) L2 K; `( {5 l  N4 `/ S, F
这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
8 h0 m6 i6 U2 b, q- W) A6 t) W$ @, l: L4 q6 i+ c6 X9 w3 ]
核反应堆的主流是铀堆，主要堆型是压水堆。压水堆用水作为冷却剂，为了避免水在循环管里沸腾，管路压力需要很高，一回路压力在150大气压，可保证水在343C下依然不沸腾。二回路的压力降低到70大气压，温度也降低到260C。相比之下，发电的超临界机组可达250大气压，温度高达500C。显然，压水堆在本质上限制了工作温度和热效率，并非理想，但是最成熟的。  q. ^; Z' {+ E8 n( C" \5 x

/ R& _5 q) c8 X0 y2 o5 [由于工作压力很高，加上放射性屏障，压水堆的壳体非常厚重，什么先进技术也回避不了这个问题。“尼米兹”级的两台A4W压水堆各重635吨。钍堆如果因为功率密度低而更加笨重，确实是大问题。; }! q, |8 T& @% D# {6 o

. t) U+ b' }2 `& }+ K* I钍堆很有潜力，但现在还在研究中，并无商业运作的钍堆，更无钍堆上舰的先例。
  k, i6 x+ P% h- d6 a- x! w
2 W& {0 }0 f' u# I+ h钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。7 f2 c: t& G$ |( x9 x4 h
' f: l, Z+ y& ?! n! X$ Z
熔盐堆，顾名思义，采用熔盐。熔融状态的盐在形状上好像火山岩浆，具有很高的热容量，是非常好的传热介质和载热体。熔盐堆有多种形式，可以将钍燃料做成传统的燃料棒，但主流是将钍燃料溶解于熔盐中，所以也称液体燃料。燃料熔盐可以是循环的，也就是说，钍燃料在反应堆里“燃烧”后流出，通过化学处理、去除杂质后，再次流入反应堆参加“燃烧”；或者是静态的，封装在反应堆内，只在堆内循环流动。
8 J* Q3 S) T" _. X/ [
+ T( T( T$ L2 w3 }2 W% R3 F0 G9 ] 8 f. t% w/ Q4 E7 S, q
典型熔盐堆示意图
6 b- L; U  ^" j9 M8 V
; p" ?" c# K% @" e; L! A ! N; {  o# q% l, I( x
中国熔盐堆示意图3 n; l+ W: n- T
7 x/ ~) X" l' E( H% M8 d5 i8 A7 H4 Y
冷却总是用熔盐。燃料熔盐流动构成一回路，冷却熔盐流动构成二回路，然后通过换热器加热三回路，三回路的工作介质可以是水，也可以是二氧化碳、氢气等。在江南造船的设计里，三回路用超临界的二氧化碳驱动发电机。& x5 y$ U. y0 ~' M) N% s8 M9 G' C

1 L/ m$ e/ @& W$ ~7 Q, o铀燃料棒需要一定的丰度，才能使用足够长的时间。普通铀堆用低浓缩铀，一旦爆炸，只是脏弹；“福特”级用高浓缩铀，达到武器级浓度，一旦爆炸，就是货真价实的原子弹。因此，铀燃料棒都是封装在反应堆内的，换燃料很麻烦。
7 |' x1 S7 Y. S" q2 P" j
' y/ Y5 H( R' k3 _, j但钍基熔盐堆不管是循环的，还是静态的，熔盐是可以流动的，因此添加、更换钍燃料比铀堆要简单得多，并不需要切开反应堆。钍燃料的放射性也比铀燃料低得多，即使是铀钍混合燃料，也是低浓缩铀占小头，钍占大头，放射性与压水堆的固体燃料棒不可同日而语，也有利于更换、添加钍燃料。% t- x$ }! J) M

5 z* g! }% z5 R也就是说，15-20年“加一次油”虽然不像汽车加油那么云淡风轻，但不需要像RCOH那么大动干戈。
# i# a1 A5 x* E; ]  N+ P
( j' {  f  b8 X( f0 {4 {- M* Z由于压力大大降低和本质安全（不可能出现堆芯烧熔），堆壳重量可以大大降低，对冲功率密度降低的缺点。
: ?- W6 l- |- `5 G$ `: N
& K1 {# N+ J6 d# l但熔盐堆的好处也是显然的。根据公布的数据，甘肃武威的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆燃料熔盐的进口温度为630C，出口温度为650C；冷却熔盐的进口温度为560C，出口温度为580C。显然，热工参数大大高于压水堆，达到超临界发电需要的温度，即使三回路“烧水”，也可以达到工业热电级的热效率，而不是传统核电相对“温吞水”的热效率。5 H$ u* ~. G9 W3 V1 o  I7 f
! O; R% F) k& o- C( `% o
高得多的热工效率也意味着更加紧凑的动力机组，同样对冲钍堆功率密度低的缺点。
+ [' I: s- z* B/ L) h3 l( |3 [, y7 _+ V# F
钍燃料还有价格大大低于铀燃料的优点，来源丰富，现在是当作采矿废料抛弃的，要处理还嫌低放射性麻烦。但钍其实是宝，只是以前没法利用起来。$ a+ c9 n3 q& c- z9 [+ {
* E  |3 k3 P# u: S* L; Y3 ]
也就是说，钍基熔盐堆可能是舰船核动力的新方向，比“福特”级的高浓缩铀堆要先进一代。这不是画饼充饥，江南已经在强烈暗示了。! ]; \. Z, p) o7 M8 F; Q6 l2 P
$ _6 ]/ ?4 M# z1 a
从理论上的先进到实用上的先进，需要实验堆，尤其要在实践中认识熔盐的腐蚀性和解决办法。“可巧”，国家核安全局在6月颁发了甘肃武威的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆的运行许可。据报道，接下来首先要进行一段间隙运作，然后过渡到连续运作，实验堆的设计寿命8-10年。在时间上，赶得上005吗？不知道。005需要赶吗？也不知道。
5 E2 H9 M4 }1 Y8 S. V+ A
# Z1 Q  ?) l% G; T- ^3 [武威钍堆当然是为和平利用原子能而设计运行的，但谁说不能民转军呢？& J" r2 ~! W5 w) z; l, U" c7 L. c
9 \6 B; r( Z7 a5 B
用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
" h* O0 D! b, V& O: b/ \; M( D  P5 `8 Q4 G
虽说也有大造65000吨常规动力航母的想法，但航母也可以高低结合嘛，既要质也要量。
作者: 数值分析    时间: 2023-12-15 15:41
本帖最后由 数值分析 于 2023-12-15 15:42 编辑 0 \0 _3 M. h$ j1 ^+ C# Y7 Q
* v. {$ L9 |( J, F; Z
好啊，以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了: J5 C, m0 j1 }0 s& A- ]0 q
0 z* g! z1 B5 C* b; d: p
还可以考虑发展核动力补给舰，给航母海上加钍（这个可能没必要）。
作者: 晨枫    时间: 2023-12-15 22:05
数值分析 发表于 2023-12-15 01:41  k: Z% @' q0 V+ R
好啊，以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了/ o) k9 y& w- u5 n  C- j& v

) M3 F5 X1 N5 S& c还可以考虑发展核动力补给舰，给航母海上加钍（ ...
% _& e5 Y; x/ Z  S
海上加钍！你也太猛了，15-20年都不让回港！
作者: 五月    时间: 2023-12-15 23:09

  V/ L( l# O+ F* M* R1 ^  ~" a% K真是好消息。钍基熔盐堆才是中国的“核聚变”。中国的钍矿储量足够用几百年。几百年的储量完全相当于是核聚变所谓的无限能源了。) M, \$ T* H4 \0 C/ W" k) b
$ D% n3 }+ y2 ]) f3 Q
技术变成熟和降成本唯一的路径就是多多建造。
作者: 晨枫    时间: 2023-12-15 23:12
五月 发表于 2023-12-15 09:09
7 p) \6 t+ w/ J' h$ l& l" v  l% T: T5 ]真是好消息。钍基熔盐堆才是中国的“核聚变”。中国的钍矿储量足够用几百年。几百年的储量完全相当于是核 ...

; L$ Y, Z" [4 o& o% A6 d据说中国钍资源够用两万年
作者: 五月    时间: 2023-12-15 23:15
晨枫 发表于 2023-12-15 23:12
/ v. C- u) K& e$ Q据说中国钍资源够用两万年
" _. N  V* ^* v. g" H: ]1 Q
9 a: ^: @! }6 v1 Q2 }! E
各种说法都有。可能因为钍元素没啥用，勘探口的人不用心。
& z) `3 P( ]% V7 ]
2 r: ^  Q/ n0 l, D' ?现在钍可以用了，显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。1 U5 e6 b( B! n* U1 X: z: c, l
6 Q) z3 u- d. d# Y/ n: \6 @




欢迎光临 爱吱声 (http://129.226.69.186/bbs/) Powered by Discuz! X3.2