|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 " e+ I9 r0 I! F) e
- q8 Y. H4 P$ {4 J0 b8 o
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。/ ?3 h3 J S# M, N
! W3 N0 l% t) f& t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?6 r/ A9 T) g% @
9 Y* X- R/ |' I- O; @$ 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。
) d7 ?2 y& P0 Q9 O! f4 d
8 W! `- T- y7 j- A8 _! @还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。( Z7 ~6 [0 V! Z8 V' c
/ U4 |5 J" `# J- d* t
这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。
; y( c+ H( J& q( P" v! f& X
: u4 g2 L6 o2 D# G2 S8 O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。" j, d1 B1 Z4 o! o7 X% q' L7 s O1 J
6 b' N* y0 K. ]. ~/ S
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。
8 z4 z! T2 |4 Q( \1 G( y$ d w3 C3 q( y1 m
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。* [, q5 A A5 [0 n4 b
! F$ l( A( f8 `* I1 x, P9 a: l
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。
; `3 ]) Y5 ~+ ^8 V6 p z
# \- o! f9 b; H4 R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。
. i- ^& d& C/ u$ I/ S# `$ f9 T; Y1 n) n. r# y7 t2 }
) h' Y9 N8 F. r- v: X( N
典型熔盐堆示意图, C6 B0 I- } ]0 k3 ?* R& E; v
) Z2 `* x9 r$ \# o. y& d
( p. {% |2 d: P! I6 F
中国熔盐堆示意图5 t3 ~1 x3 |, [8 G: E
& i- f: w7 u7 q! v. F( x& ?; s0 A7 J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。
7 b" Y( N4 H# n! ~) o
( a' [* q5 g. q. T h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。
8 v7 c0 T8 j* d8 N. x n! C4 u0 E, {- t8 ^
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。
' u P7 L7 P" ^) c' R' [: r: n- d- L. j0 j$ G, m' y7 e( 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。
3 T0 U6 o( G$ [: Y) e! m. b* m8 o M! K0 m2 J
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。+ P$ j! C: C' b8 {" {7 ^: z
3 t) f7 |& O3 Q/ g, F- K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 E. R4 M6 n# Q+ U* F6 c6 f
1 Q' V1 ~) O/ Y! u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。0 b2 a- _7 Y3 Z( l4 _" G: A5 k$ R
0 Y& D0 z% H: f7 c# F
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。
0 V3 f6 Q6 O9 ~) h
! o. h, K1 ]- \; D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。, u" M$ [ E4 Z# [6 Q3 Q
0 _ m$ o2 b9 K" U, M" C' b9 \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。( E, m9 g9 ?( s* B' D: v
1 u$ z v5 @5 `, W% H I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% N+ c* ^3 ]; M2 F( ~% g7 A/ K- s- a6 O
用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。
* Z6 K! f( }5 q& ]$ w& c. P5 W2 Z+ B% [/ k k# n
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
|