|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
: b; j( B: S6 M' ^7 I4 L/ d& A2 t: i+ s$ {3 F
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。
" A8 T3 M$ z+ y* ^ P
, O) J* u2 y" {4 o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？
; s8 \; m: R: G/ \) B
7 [4 ]. A M: N5 K$ }6 M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。
: W( i) @! ?0 H, s" ~8 t0 o8 ? k! h* [, a
还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。( B+ w1 Q) L1 g8 `/ V, n
6 t5 D5 e: {- F, f; Y' Q' _/ S
这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
2 B$ W$ K6 Q. N3 ?
2 o& {9 v0 b, B9 a+ M- 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。
0 |# z. g) t% i7 ?& Z, K P9 u, c7 g- b" 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。# }0 w1 @5 R, c X
$ z% m! u+ L+ h
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。# M9 h1 g( m& q3 d& Y! i
" ^ s3 c& r' Y Y& D" X钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
$ I) E* C2 }4 _% w0 d9 N* k- M0 a1 W; b Q) x: t$ 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。' Y) x% H& Y) }0 k- l
) N' |* R& t; W
& a1 _$ B( u/ n- v8 \1 Z
典型熔盐堆示意图
, r9 J% ]4 S. r
8 `$ [8 W( S" u' \
; w: L# ~% c! E- Z8 K" s, V* ?中国熔盐堆示意图
% s$ B1 z: W" e9 U+ B
5 P) m- h" E- e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。) L( s( J" u+ @0 K0 r* T
& h5 _, \1 t4 F! O- X" A
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。
0 l8 E8 E2 M6 w$ k! _9 a/ ^9 b! K8 A# q2 \) s8 k
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。
4 u) S1 M1 J ]1 L/ V% l$ y0 Y0 s& J
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。
# s q7 H# @ M/ A8 @5 Z' v
) C; A6 z5 q) z. z# s& a A2 b- O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。1 P1 }" @6 b( B5 u) C0 g
; l. l- z2 `7 m7 V, i. g7 Q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。
; s" v: f1 D& [5 G* Y9 L$ t' z+ n$ A
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) i% n/ @- ~: X9 s
! d2 E( Z' @# w; p+ [3 {: O: C- ~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。& [3 \1 u3 ~4 V6 a
% s" N3 a& N3 w$ n+ @. 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。
1 T$ u+ W% Y+ [( y% L' g% I) Z( f& T$ [) N* y1 U
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。
2 H8 x& K8 ]- E% r' h
! V7 p% G7 `# ]" R9 a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？# x( f2 F9 @1 L* o! F' e; ]+ l! I
9 {: x6 N. i2 E, [: |, d用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
# l; C; C: Z2 U a3 k! G* B9 c9 r% D3 \: _
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
