爱吱声

标题: 钍基熔盐堆:中国核动力航母的关键词 [打印本页]

作者: 晨枫    时间: 2023-12-15 14:24
标题: 钍基熔盐堆:中国核动力航母的关键词
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
# N& b+ y; ?% x. ?7 I; A  Z6 C
" m- F; S* ]$ I/ {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。
4 F3 R1 }3 y4 N4 P9 W) @/ A9 m$ J; N! B0 p+ n2 E! ~
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?
$ n% }# o% o9 I2 K9 u) ~$ \5 `4 i5 P+ z. E6 i. X' @) 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。' _1 C7 [! M4 A, l7 r' a7 m

0 x; ^. U5 z+ `. o9 d% u* w还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。
  ^" c( b) S. q5 o1 g
3 L. R% y( Z. [1 b( M# U4 B; C这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。
; C- b, x8 M, \$ _/ w$ m4 X: B) t, e" |9 z
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。
  }3 I  b4 l8 w- R! l0 p9 c
4 T& s+ s7 O2 i! _: [  ?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。
2 `0 y0 U$ C3 ^, M9 m( G" ^8 s' y, G* E5 f
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。1 e. x* V4 s, a) Q) {& `6 t: `
+ d. t! X) ?0 T9 ~2 n9 e
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。
' ]5 c( Q1 c# p" s
8 C2 {2 {& `* _' W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。
% w) `0 X" C" q) M, h* p% h0 U+ f
, c. X" u# c+ }) A: {* S0 \' ]
" x( @9 G8 \* ~* |典型熔盐堆示意图- D# c% e1 c0 x5 t  R; @
8 O2 e0 N/ G" F4 |4 `

' E* i9 `% }& [) C( H% w中国熔盐堆示意图" {) C- ~* ~) }/ ?8 N1 ?

1 k! n; l, C( s) ?6 J) D( 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。9 k' K4 H, e) T
- M4 [0 f4 C! {: \" c
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。: p/ Q* X( l  K; }
! K# `& ^0 Z+ B8 E, \' M8 b
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。  h4 D" T5 C- Q0 k" G
( l0 ?# O) S, M8 _+ Q& L
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。) u( ?+ F! X0 r% v2 P5 k* c, y

, s  t4 ]/ r* 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。; ^3 `6 V1 g' M1 x2 f: Y
8 [3 h3 D# y; D  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。3 U' k5 Q0 C7 V4 v" F& M4 m; c
# t0 _1 H7 E9 L+ W; |+ U. Z- J
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。2 N/ q# E/ d7 L! x' M+ E: N

0 i& D4 q0 E3 J/ y' [. @: 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。
! m- ^% e8 a1 }1 X: p. B
4 q+ a" e' Q9 X" [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。
. ^9 L1 n' ?) C5 {3 _
# A/ V, L7 o. X9 a3 F0 ~9 A' }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。1 G& r0 i+ Q2 h' C* R! _2 M
) a* _; K) B! Y% [5 m5 q' A9 x% 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?" D- v. s- ^( G

9 E& F9 ^; B) t! F) C2 u用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。/ V, @# P0 O% Y4 D5 t

" q9 \' _% W9 C/ ?9 K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。
作者: 数值分析    时间: 2023-12-15 15:41
本帖最后由 数值分析 于 2023-12-15 15:42 编辑 8 Y: I- r1 P8 C0 ?. [

0 \% H: [7 T( G- S5 w好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了
# L" _$ v& k; U8 _  o5 j* U+ H- ~
" v1 b& x( v6 z. ?1 Z2 `( Q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)。
作者: 晨枫    时间: 2023-12-15 22:05
数值分析 发表于 2023-12-15 01:411 d+ |; k, J# f3 O# x! R& v' |
好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了1 \! W) c, L  N  S) H
) |. S0 G/ ~  O( l( H4 l9 R
还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍( ...
  O/ i" r* l! b6 R) I$ L
海上加钍!你也太猛了,15-20年都不让回港!
作者: 五月    时间: 2023-12-15 23:09

- [8 R% N8 V! W4 d$ L" J* u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。* K) ]% v, t& u
7 \( R  V) V! L2 x( j; H; w
技术变成熟和降成本唯一的路径就是多多建造。
作者: 晨枫    时间: 2023-12-15 23:12
五月 发表于 2023-12-15 09:09
: D. n( k6 V; l& l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 ...
* E9 O- ]" H5 k" B+ K
据说中国钍资源够用两万年
作者: 五月    时间: 2023-12-15 23:15
晨枫 发表于 2023-12-15 23:12
* @+ T6 _# f9 [8 V) s$ U  f" [据说中国钍资源够用两万年
  d( E% C# j/ R2 ]/ p

3 D* Q+ l- Z' v8 Z$ `. f" U! w各种说法都有。可能因为钍元素没啥用,勘探口的人不用心。& j9 i  _+ b$ @  Q# o3 u6 B) A; m+ y& ?

3 |2 i- @! T4 f7 G7 _现在钍可以用了,显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。0 [8 r% E+ D% o( H1 {

' c9 [+ w+ V' S$ [4 N/ S2 n5 N




欢迎光临 爱吱声 (http://aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2