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
3 o8 H- m7 v6 `1 C: \1 x# \3 P2 k
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。2 ^0 O1 |4 E. `* s4 J+ }5 o
& T0 u% s+ _9 H  S
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？
; h  a6 o" a/ _$ W. j2 w
1 g2 Y; v! J/ s- S3 s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。
2 X3 e2 h$ [6 X+ D' T& O
7 M/ f9 Q' v- z* g2 Z+ l* z4 [1 J还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。8 V. e4 i8 a' b) }' ?: h% [

8 Q& U$ L/ u5 v3 Q4 x3 Y% ?这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
( X% o& h( }/ v* t- E! j' Z! |4 F$ e0 E* b( G, K) r' S
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。
; @% A2 i& U8 J% Q# B6 C! R) ]2 q
2 b% z% c$ {1 _3 W/ G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。5 h/ f3 `# a9 d8 R
4 _- o2 F6 a% T6 m. H! n. f
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。8 b4 w6 z& C% [" e9 J' w

9 s( O5 L2 s$ D& s- A* k; U' A6 f钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。( }  I+ y5 u# G

: }( U! |' T& f  P- K) V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。7 e3 z3 P: ?, x4 k2 A) @! P- F
, h- c! |$ j5 F6 ?8 Y# n7 F

$ X3 C% j7 T# d6 N. D1 K典型熔盐堆示意图
+ [: R  g' x& {9 V8 w* Z0 [5 e* f/ |6 {3 A

# n5 M- X( u: f7 k% |/ Y# N中国熔盐堆示意图
/ ~7 Q- k7 {; G- A/ M3 E
. Z' w( _- D+ _# t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。
7 v9 n0 z8 @2 P
3 [& O7 n' _! K- }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。4 A* F. c1 D& K4 {6 E

3 j6 d4 g# r! a9 O* w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+ N6 b- W1 a9 ^, e* `/ K: o
0 u; d, c( s$ x0 z) i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。
" ]. W; y. r: k* U; |" n. q- O
/ [- i' @3 O1 h( P6 A) b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。% X7 b' O+ U( G4 x6 w( L
- H' J+ m& k- {; E( M& i  X
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。
" T! J& |0 Q/ @, v- n" A  K
$ c- c& _: {8 p6 z! b' r- \; v$ V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。( B0 P  j$ }% U+ }' A

1 g6 n7 l/ O3 {8 v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。; ~$ q6 Y- [: L3 ?: a; ], s
6 U- j# z! K& b* t& n) y* C3 O
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。
0 Y$ k1 P- r' E6 p, ?# z. _/ |) j  [9 h
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。
! b' V2 A4 H, y. h. q$ D* N: g( T7 @; _/ Z
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？- _; S( i: R) U/ `1 P: I8 h& f, X  X

5 w% p/ L; I! F( ]& u$ i" r- G& B( Z! g用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
% q, O: ^3 n  X. z$ D& Y& [5 d! z( ]6 |( T) |
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
2 {' C* _5 j. ?+ y  G! b/ ^% }' j7 P' Y4 d, o
好啊，以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了
1 H6 Q+ {- z" ]4 `% H+ z
* d2 V7 W& D2 M- K8 }7 p0 C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
6 ~4 o( j% R9 r: y好啊，以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了' {# D6 h' `  Y2 C
. z0 V; Q2 f1 Q. M0 J' L& z. e
还可以考虑发展核动力补给舰，给航母海上加钍（ ...
+ J; {1 H% H$ |# Y3 N( ], {
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
& i: e4 o. M0 d4 F, C& A
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。: D+ d4 ]6 v9 G2 @1 e( z1 T

* A/ o4 [" E4 N& {# S' ^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
9 x! s6 Z' }: R4 n9 ^) b; z  p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 ...
) b; s  h& k9 v7 U) d- l
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 23:122 w% s9 H% o8 h  ~5 A
据说中国钍资源够用两万年

' \  n8 i# X- C2 S( {4 n$ u* x8 P3 x& s# V
各种说法都有。可能因为钍元素没啥用，勘探口的人不用心。$ T- X- F, E8 |  j

* x8 J2 \5 D/ v: Y; L现在钍可以用了，显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。( p+ O5 b2 w6 M$ E8 C4 B
$ _6 L* g! P1 f) F4 g8 W4 {. w




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