|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 # R! M$ v7 `: T4 s. j' h4 v3 k( F
# O# h0 O2 U6 A) ^
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。+ I) U2 H$ |) _3 n
P- L# B [* W8 ^7 M0 E3 Q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？
9 K( G" q6 [0 ~3 {( ?
1 L( G8 C$ o! N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。* T* a Q+ B( Y
" u: b: B. v+ H |. u' b3 _还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。. p6 ~1 k$ p o2 w. X2 K2 v
6 @4 \' s! L3 d7 K1 ?这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
( I9 D7 j! F6 D; F) w$ Y
) [( S: \! {+ 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。* d5 `" L5 u8 b6 b: X! p
8 x+ z* B+ m3 b( d1 `" E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。! V& R# k9 M+ \* ~- B
* q+ m* ^- N5 e* c ?# P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 {1 P# [( [0 M x" B" u
3 M+ j3 L% J! i/ _3 L7 E' r钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
' X4 N7 d& e/ v& J3 @* h* ~7 R U6 x: U; L
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。
) V. p8 E/ {0 a$ X$ h) m5 A4 y- u9 v* q$ Z/ g- o. c, I2 ]) L
3 `2 `8 b+ c2 N5 U典型熔盐堆示意图
- @; a8 ~. |" j$ b( {* V3 z. V/ V0 ~) \8 a- |7 f
( B! q1 G |3 m2 s2 \
中国熔盐堆示意图 ^& O6 f+ @+ C. k5 u- _
- M# l* O8 Y* v% E, I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。1 [* r' g9 i5 m# |
5 r8 [) p3 u( F ~7 _$ ]! s; q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。
6 U0 @ H1 W- G: m
5 p( {4 J0 k, y3 o+ W6 H+ G/ u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。
! Y D, `# g; s6 ] l5 I$ P
1 U+ d* z$ ]8 `0 r0 g& Q/ n/ a& 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。' p1 t" Y8 @6 c3 {
0 y# p$ P) o- d( I
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。
8 e- K; P8 g% J* p/ {. s, g7 v' \2 q7 \- I/ V+ J
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。0 J- ?! Y1 F. F; V
- R6 x$ W, k; W( }& L9 T$ g( W
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。
$ ]* m' k# o) G& {
! C0 m7 K( H7 n7 E% r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。; k9 i0 E5 r& m3 }) j) T% X
& z- `, Q* b6 s7 Q' J p9 l) I
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。8 ?$ } U8 C: c5 @$ @# c1 N
" B( N3 F% [$ o* \5 R9 z |, Y4 n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。, \& ]7 \% H9 t9 I
/ n% H; p1 i, @2 b. a% W1 y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？
' M3 Y3 D% e$ j# ]4 O
8 U$ b" p% [ H) M7 [. u2 z" y$ c用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。" R5 ?$ f; P- G- k) k8 L& l
$ s7 A" s. a3 w, K/ ]
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。 |
评分
-
查看全部评分
|
雷达卡
楼主
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2023-12-15 15:41:36
