|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 9 Q$ c/ G0 C/ ~9 T' V2 @, O2 {3 N
2 D$ b9 v4 u/ @( E9 m# _/ @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。" C: o% E$ }! B, [
; i' _9 s( Q, K) S8 v5 P$ i
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？% J( r0 \* [2 q2 u) Q1 Q- f
; Y' e& t0 W3 [- |' 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。. a+ L1 D, s& V/ I9 C
5 s# W7 T7 \- }
还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
4 S/ Q' d# [) L3 A: N/ ^
5 y" w& \, G, b" `, R这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
; B' H6 Q7 u) }* E5 u
& M8 G2 z" y$ f) X* B6 f& _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 ]0 B0 n% A( L$ ^4 P: |: ^
/ w9 x' R& f$ U: Y
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。; J+ j3 z0 {* s/ ?/ k% w
1 S0 D w ?3 w
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。
' t4 M. W1 L! q+ b+ ]
1 o ^- ^* N/ b/ t钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
# S# T! @- R% A% o9 ~# `1 D6 Q" g) F, h9 T) f' v. ^( o
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& s! e7 h! Y; I8 {' \
+ w& U) Y7 j4 x" {- e8 s: x
' F7 { J; Z. s- T
典型熔盐堆示意图
3 Q) H$ d6 q: l# h. ~
' k9 u1 H* } e* M& [* I
+ c; Z( p4 s! |7 M+ L: I, u
中国熔盐堆示意图
6 ?! r8 J; Q/ l( w8 f- n
: B2 `7 O$ C8 O0 G o. 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。
0 ?* ]. L; s( V& ], f6 [1 ^
; _3 y. m& E5 {$ Y& _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。( i# `' C3 O; X9 s" R8 M, s" Q9 |
" L' V* l4 @) Q6 |3 { J9 r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。# K$ _! W0 m6 g5 X8 j
) Q6 [, o! F% w+ v
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。) X, O, S8 k N) v; ^% A
' E& o, q: P9 d. r' ~
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。
) u$ O# z/ B7 i1 L" Q1 B1 t2 `8 ?8 Z0 B0 d
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。3 j1 t: ~7 ~' W: ~3 t X4 l
7 E5 I5 d" c& Q S \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。& d" ?: w5 d# @$ e. N: j
6 y" O" t9 W4 U0 F- P- ]& I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。
+ J! L7 B* z( T m/ B8 B# d( |0 L. [ |, W
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。# \5 h3 n8 }. g
& \ _7 s; o9 v- @( T' B. O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。
( W. K" s% f8 q1 C9 v
5 k% B. t+ b5 Y7 ?9 K; n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？# T8 k7 Q$ ^2 \8 y! h* z
1 _1 a& c4 w; Z, i) u
用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
3 w; C0 F! A4 f5 G8 ?! L. a- _0 ~9 l) C( O5 v# G
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
9 A7 D3 w4 H5 ~7 C4 V* k, K9 i
