|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 1 P2 L) X9 I/ E, s9 l0 ^1 `, V
$ b9 F- t A$ Z i# M+ ^, g) O& k
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。
o0 T# Y" K U* N: d/ c+ ]* r& ^- e5 ^4 ]( a
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？. |7 ~8 s/ g. K/ E7 a9 G
% o) F* B/ z7 a8 C- w7 d( H
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。
* g" ~* Q p) u$ K
|. D+ b$ }: {9 r$ d6 e/ N" H还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
2 b+ W# Y/ k9 Y% ?; B, v; I# b& i- f2 K- ? y& H3 h
这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
5 \% J6 \6 `& w9 W1 d; _* H+ p5 Z% ?; t, y
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。2 Q, A" e# Q, R# E, _5 ]* Y( V
" f3 v C, S& _. f' F7 h
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。+ W" v/ T! h) \+ P' G
3 j, [2 Z& S% g2 p1 u) M9 y- 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。
/ @1 [( ]# ?1 |# c, V+ F. Z. Q8 X# X* `$ b4 m8 C
钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。' J: |! h B/ S/ |5 n2 \3 t6 U, l6 H1 R
. @9 Y( r' f# K/ w7 T
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。* A7 Z5 [: q1 V
( E; T/ Y+ Y9 S
$ o" K% ?' m3 k% N0 k) T" z
典型熔盐堆示意图
& W& y5 _- i5 H2 [3 U+ I" N) O
0 \, [) M, }# E. |
, V0 W; B. c( h' C. o/ b9 \
中国熔盐堆示意图4 `9 G5 `+ W) I
: s( z2 h* r/ } P- m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 H7 A S9 @( w" z
: f, u( f4 Y* c9 |" z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) _, B" ?6 X5 c+ t# a' q) n& Y8 A4 d2 y9 P6 H
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。6 Q, O: Z+ p( z5 S% ?
; ^% p' B; X2 q( s7 j5 H" 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。5 U: J1 w+ t8 Z! ]2 y9 m
6 z4 f4 p [7 y; 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。
1 \" N1 B4 a4 s0 m# E" e# a% q/ r, ]9 d2 P$ Z) e
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。) B* |8 {" u* ~
* U4 \2 ?4 Z# |2 P
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。
# H4 m e; j1 S! q* q5 F6 t. A8 k; }5 z- V( O
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。
& ?8 o' B2 y/ l. b1 ]* x# I- p3 D/ J1 F* q+ L/ o% i8 H
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。& q. N- g0 }7 B) Y" \
- [" |5 [; W- O+ V I+ w; 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。
7 L/ a+ D! u" F! u0 l9 l( a# V/ O# ?- x% }- n$ x8 s! d; f! l. ?0 d5 h
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？
) b) [$ C* X+ B) A+ _9 M" |9 f' ~8 J6 Y4 A7 d4 F t
用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
0 v" O% g1 W7 M. I$ }& i/ w( i& [: a$ J$ I. z# F) ]
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
" N4 K% B' s7 Y
