|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
0 N2 g; _8 s9 r+ c8 Q6 t* N: C% V% A$ _- @5 @
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。. j; `, ~+ ~+ f
x9 L8 |+ R: O6 L8 D- P4 [; {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?. G! d: t- i6 p# y, c6 x; b6 {
: w$ O6 R1 G; m7 U1 k& X
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。) e! Q$ g$ ?' \" }0 I
Y, M: Q# h& b5 _9 n6 d+ k3 B5 k还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。
3 }+ ^2 E9 r0 W" v* G
0 [* f1 ?4 {" @& Q" N1 [" p这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。3 D2 M; m. r# K1 D+ R, D
3 u3 L+ w2 p% ?, q9 r+ E7 t- v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。4 A, h1 t6 W5 ~! E5 K; X
& H( @& Q8 O+ D& H6 [6 d9 v& q
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。' z; G7 ?/ Y6 S. w6 K
- A3 }2 m. X! A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。) O* F- ~& a# [% Z% ~" J3 F9 ]* g
( I9 x0 ^# [1 _8 }. a- t. [
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。
1 T( H6 n' L+ V2 |& j7 q
+ A: a9 `, |7 X- J4 l$ N8 ?5 S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。( Y. {: u# l! m7 f: r4 ]* N
: f, `% H! M$ L4 i/ b
5 ~) M' }" V; Z7 `典型熔盐堆示意图/ I0 m* z( N# Z' Q1 w! G
$ B" H! ^0 b a f/ T6 V3 e
5 P( c u' f) Q5 R2 i" h- N$ x" {中国熔盐堆示意图. _" U" h( i; _# k9 y& _8 @
4 B2 i$ E; q0 ^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。
& D- s j( \' ^ e! @! l/ U" H0 |% w7 ~! p7 t$ F: x
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。
( Y, ^9 N$ e) r; r8 `( e
/ B: ^) Y! W2 e D' ~1 }# A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。. Z# n2 o, L! Y6 z( Q
" Y& i0 B8 Q4 B V- D, m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。7 X* B8 u- d: ^
" X A8 Q' N' M: j# b X; Q
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。
6 `5 B; x# v, m$ M, i
' f' a2 B+ A9 [4 e/ U+ r \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。
% O6 L( s; n8 `6 r5 Y
# G! l$ C: y! s, i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。4 c6 {& ~3 E+ P- J, V
8 N' o: E) F4 v; g2 i: H
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。8 b: a' q0 x* @7 w1 S9 u% c$ c
6 B$ C7 R. q( M1 |* k
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。2 R1 m: U5 X, n: o
% C; Q R# G) N: B, \5 m9 Y q- ]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。6 g. S5 O" G7 j4 l. x/ E8 z
3 t3 V! a: J% B% j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?5 N. c+ X: D; X' c5 s$ C. K
- V' A( Z) e, a. b2 u6 X! }; ]用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。
- ^1 q% \4 B# v, r
- O1 o. @' p, R% T+ K! I; W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
|