设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 2828|回复: 5
打印 上一主题 下一主题

[武器展望] 钍基熔盐堆:中国核动力航母的关键词

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2023-12-15 14:24:19 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
, ?# \- \8 I5 I+ G/ Y$ g" q% J3 b# N3 z& v& F! 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。) z1 @( t  l$ L3 k& O( C
- L0 \: O# d! V& v: G
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?
; X: p: U9 y' `0 F- D& x! {
1 h4 V8 _" V7 ]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。
# U  T- N6 d& P) A
' Y0 w7 i/ y0 ~2 {. F# X还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。1 l7 V. j; ^6 O$ c& @3 `+ C9 ]
/ l: y2 ?4 o* z$ Q# z# g0 q$ u9 ?! ^  {5 ^
这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。
2 S3 ]* |% A+ _6 h6 s: \& s3 v0 \+ ~$ Q0 C' n
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。
- a% S( t5 g" C/ ?6 U- O- s& |, c( Z$ j( m+ p+ G7 |0 e
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。
" l5 f- X& }/ ^9 N! |5 r8 k8 K) \( a4 y+ Q8 v
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。
/ T. x$ R- n. B( s  e; B4 S
! H: w+ P1 w* y% }* v钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。
2 e1 B+ p2 ^! N
6 y1 u  B# y: m& W$ v- ^: Q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。2 A* }/ i  ^" f% k2 M# O' k
$ R. o3 x1 z, [4 P1 V% W

7 T- h0 ^8 n7 f+ X' C% ~2 l典型熔盐堆示意图
* c3 P, o* Z% K' Z7 h& k/ W( U& @. ]- w( ?7 {/ ~) t
: f8 t% o& `6 V4 T. [# x6 F
中国熔盐堆示意图
1 g' D  S- T$ P1 `
& b& v9 z+ ]: @: U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。
1 p* X% j5 E9 X) ~1 C6 Y  h% D. Z" C" \* {* f2 E* O
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 x9 p: y- i6 A5 f& B) N1 K$ y$ [* A" Y1 B7 n/ z9 p8 f/ O) q
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。
1 p5 c9 n2 \+ @
  `& k, z  t# E2 Q7 o( S2 y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。2 G/ E) G6 A; f& K# S0 k
5 A. S. c/ ~% [' \) H
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 S4 f* c3 J: Z, e1 G7 Z
$ @2 M: x$ \1 p) @
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。# \5 ~$ P% u7 H/ p& R  Q
! U( A8 L* t$ w# _
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。( c+ q$ d" g3 O6 c' K. {8 w
6 k5 H. ?$ q$ A0 ^* i( t
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% |& u9 I" ^
$ C# Z; S. @5 f; D2 E+ H! \$ v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。/ c& U, I# k! _0 D1 ~

4 Q0 y; [7 u- x+ y0 \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。
$ k* |9 V" Y# {, p3 _6 t0 H& n8 \+ \2 ]0 t2 t0 b. ]+ C
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?
$ V) l( A3 d0 Q% g- j& z4 N5 r
+ c5 P0 ]) ]+ v/ T! j$ p. ^用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。
" a+ q+ \7 N# `6 ?+ k1 R1 m
$ R. z6 ]- g( Q# 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

参与人数 4爱元 +34 学识 +2 收起 理由
wbxy436 + 10
老票 + 16 + 2 伙呆了
唐家山 + 4
住在乡下 + 4 涨姿势

查看全部评分

  • TA的每日心情
    开心
    4 天前
  • 签到天数: 1941 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2023-12-15 15:41:36 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2023-12-15 15:42 编辑 3 z& L/ ?& x5 l* S- g. _+ n- ~7 v
    0 J; D& I7 V2 m9 l& r
    好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了
    / n( ?4 ^( H7 c, S% Y7 v7 V' ^" U! w9 b
    还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍(这个可能没必要)。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    板凳
     楼主| 发表于 2023-12-15 22:05:00 | 只看该作者
    数值分析 发表于 2023-12-15 01:41
    * q" j2 V$ }1 W& ?  N好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了, L  k3 k- A; `' B: R8 g" ~" f

    5 ]0 {- x+ r2 L/ d1 a0 Z  S还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍( ...

      t8 \% I; d. @% g1 w# x9 H1 {! A海上加钍!你也太猛了,15-20年都不让回港!
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-1-2 23:51
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    地板
    发表于 2023-12-15 23:09:39 | 只看该作者

    5 w1 x, W' G' S真是好消息。钍基熔盐堆才是中国的“核聚变”。中国的钍矿储量足够用几百年。几百年的储量完全相当于是核聚变所谓的无限能源了。
    3 Z$ C. b3 D# R. P) y- M# K% ~! w' Z8 M. f/ l! N3 Y
    技术变成熟和降成本唯一的路径就是多多建造。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    5#
     楼主| 发表于 2023-12-15 23:12:27 | 只看该作者
    五月 发表于 2023-12-15 09:09
    9 `. g, c/ M1 k9 o' k# j8 A. p真是好消息。钍基熔盐堆才是中国的“核聚变”。中国的钍矿储量足够用几百年。几百年的储量完全相当于是核 ...
    ' U  s! E9 {! h' K" F" b  I3 @
    据说中国钍资源够用两万年
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-1-2 23:51
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    6#
    发表于 2023-12-15 23:15:31 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-12-15 23:12
    , H; k; @0 E: }! L据说中国钍资源够用两万年
    2 @/ @3 w( a  e
    + d9 B8 h$ Q3 f. I, z) Q/ e
    各种说法都有。可能因为钍元素没啥用,勘探口的人不用心。
    1 K9 W! `  I; l5 @6 M+ M' @: p5 D  R) q; W3 `
    现在钍可以用了,显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。7 S, s2 f+ @) ]+ Z- T
    1 H! i8 x9 m4 m; |8 Z; k. n
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2025-9-16 09:02 , Processed in 0.043530 second(s), 21 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表