|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 ! g% `+ G8 L. H V( m, I' r( v
: y; |- T) l7 f# H0 s& A4 x$ v7 M1 L5 t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 L' W$ M) J$ m1 w, ], u
5 Q; p5 g1 R j: X$ x# Z0 x" |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？& z6 D+ k! ?* i) s# J' X
0 V" |1 l7 u( G5 U$ C) q/ W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# {0 X- e0 I+ R* Z! Y
5 ]! {) U( @3 L+ }2 J还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
/ C0 R G, q" W- ?" m, u4 z# j# d9 f) L9 Z3 {
这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
) d) B8 D+ P; H% k) P5 @
7 \" q7 Y( v4 ^1 G4 l+ J5 |! q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 g- n# h1 W- L
$ V+ E3 I) F2 t# i! _' u- R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。. a. w$ e) ], M& O1 Z- W$ ?
/ k$ N2 |; j- \2 t; ?# z- O
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。
Y, X, A, G# M5 H( n. P1 S2 _; p4 W) d' K$ y% }
钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
0 b/ V$ F# X" l# `" F% p$ B& Y" 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。
. Q A8 }# D; x! h5 ]% o9 V2 x* T# U
. \$ h8 Z1 K O6 B
典型熔盐堆示意图5 d4 ~8 C6 G% b9 {6 e
# r c: X- l& A, _9 j; v$ `& A
4 [. K5 }/ z3 P: y
中国熔盐堆示意图! @3 N: n/ D- {" A9 I/ B4 m% [$ _
. H; v9 z' g5 |* Y: i. ]+ c
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。
5 N: U. V }! h2 M& Q! k, }
7 e0 `6 G3 p3 d( f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。. z8 A. _7 h" |: N+ E
) C& ~# m, L5 w5 ~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。
# v- H( t2 _- `: v% A3 d' |' R0 `! S
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。3 _: k& O- G9 N# _
. K' d+ p" h* O; o6 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。
) y/ a1 B) g6 [- Y/ l" s7 B6 a' F& d) I8 g
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。" p3 n3 k* L- X. ~, y
& L. S2 y# @: R7 a( n" G- r
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。5 r# t- h" l1 K+ r% S0 @ z* e
& M1 \! S+ R, ^* K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* o, s. T) H8 N0 U/ A W% v& b6 B7 h/ ]- I! \+ y
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。' d d. T( w0 S5 ?! \; c0 s y! \
' @1 V* q2 R+ p; |2 H: x# ]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 s0 _4 @" s1 U, V( V9 ^0 \8 w
2 [" F: q- r) S3 ~* G4 c4 B" Q
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？
) y: ?4 ^ Z4 ~) c1 d& X8 T% S
* n! n% _! a$ k用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
( E8 p7 X' Y N& h- o/ E; S# E
& g$ `( a9 Y8 a8 ^* Q/ F- ` E0 \3 a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
