|
|
本帖最后由 晨枫 于 2025-12-1 10:15 编辑
4 |2 Y! b' z' p2 h9 M6 A; i" [+ Q U
把@testjhy T教授、@沉宝 “沉宝”兄和其他爱友（呃，听起来有点油腻？）的指点和自己的理解汇总一下，欢迎各位继续点评指正。, R! w- W+ x" f8 |% x
5 F4 ~, j- ^- _: k1 A. M# m中国航母核动力成月经话题了。个人认为，近期最可能的还是批量建造003的改进型：舰体适当拉长，解决1号弹射位与前升降机和2号弹射位与斜甲板冲突的问题。动力方面，需要就增加一点功率，如果电弹足够给力，损失一节两节可能也能接受。如果设计改动控制得好，可能航速损失低于一节两节，那就更没问题了。
" P3 e5 G3 o% S7 m/ S! x. H U- d# j+ A3 g2 a0 {7 F# @8 s$ D$ D. u. q
批量方面，可能再造至少3艘常规动力航母，发挥一点规模经济效应，更重要的是迅速形成战斗力，6艘航母就好用多了。干什么用，就发挥想象力吧，这里不多扯。
4 W2 L; N) o. }! O" e8 d( P- ]2 W. J, z
另一方面，近期上马核动力航母，只能是铀堆。中国核电发展很快，但核电铀堆与舰用铀堆是两路不同的技术，好比民航高涵道比涡扇与战斗机低涵道比涡扇是两回事一样。# v; \4 t- ]* v2 p! a8 q' W
2 @) M; u$ t8 i; u/ m# u8 @( i( ?
铀堆的使用、维护麻烦一堆，未来有一天退役，无害化的问题更大。苏联核潜艇在冷战结束时大批报废，当年没钱、没心思管无害化问题，现在有害化的危险越来越大。中国不会做这种“拆烂污”的事，但什么铀堆的报废、无害化都是麻烦事，这一点不会改变。# s+ E) c! S* H- K( s! _1 U
# V4 \5 \1 g! H6 o8 t+ h; V
钍堆现在还在初级阶段。目前的小试堆是2MWt（t指热功率，不是发电后的电功率），正在设计的是10MWt的中试堆，100MWe（e指电功率，这是能送入电网的功率了）什么时候落地还不知道，貌似国家规划也要到2035年。比照福特级，两座350MWt的铀堆，电功率200MWe。钍堆要达到这样的功率还要上舰，没有10-15年不大可能。5 _8 x- ?; N. e% I) l, \% |! j
0 t/ Q- P4 W" U2 Y# B% H- ?
钍堆有两个问题。第一个问题是热交换。熔盐的工作温度高，压力低，这是好事。腐蚀性超强，这是坏事，燃料熔盐还带有强烈的放射性，这是坏上加坏。
" v! W9 V% B2 K6 V& Y7 _8 i7 F+ @4 Z" p# \0 [- c- z
在理论上，熔盐堆只需要两个回路，就像压水堆一样，一回路通过堆芯，带放射性，差别是核燃料的形式，铀堆是固体的燃料棒，与一回路水只有肌肤之亲，没有盐水之融，而钍堆是液体燃料，铀钍燃料溶解在熔盐中，但从传热角度来说，两者没有区别；二回路从一回路取热，不带放射性，驱动发电机。事实上，钠冷快堆就是这样的。: w5 a' t% v" n1 Y8 B" ^. n5 e$ T$ L' e
! N" P3 f5 b+ j3 _1 v+ N& }
/ ?* p* @, Q9 g/ s
/ U4 Q5 q1 }+ l: j$ {! y+ A# k; Z
液态钠具有传热速率和热容量特别高的好处，但一怕冷却后凝固，二怕遇水爆炸。这两点熔盐其实也有，只是没有那么极端，爆炸也改成腐蚀。钠冷快堆有游泳池式设计和直接设计两个大路子，熔盐取代液态钠后，大体可以照搬设计。也就是说，可以双回路。差别是，在熔盐钍堆里，钍燃料由流动的熔盐携带进入和离去堆芯，堆芯里除了用作中子发生器的少量铀235，没有“分裂核心”（就是燃料棒），而增殖覆盖（绿色）直接溶解在循环的熔盐里。事实上，钍堆也是增殖堆，只是常规的增殖堆是把铀238吸收中子后增殖到钚239，而钍堆里是把钍232增殖到铀233。
/ C ?2 ~ f5 A/ ]
3 \0 I% N0 G" w但钠冷快堆大部分都停了，因为钠与水太八字不合了，几乎所有钠堆都有过漏水爆炸的问题。现在的重点转向铅冷，这解决了钠堆的很多问题，但带来不同的问题，这里不多扯。
8 u2 w. g* i( m8 K9 o# p0 A* E5 z, L
4 ~' p- c d; X. n. S) l. R当然熔盐也有特殊问题。高温熔盐能溶解金属表面的保护性氧化膜，使金属基底暴露出来并被氧化。镍基合金、特种不锈钢、陶瓷涂层的保护作用都不是绝对的。如果一切理想，单从隔离放射性来说，并无必要增加冷却熔盐回路。但考虑到实际的腐蚀和泄漏问题，这又是必要的，所以熔盐堆实际上采用三回路，在燃料熔盐回路和动力水回路之间，增加冷却熔盐回路。1 b3 ]) x% K* u& L) R" K. A4 o
1 |* {1 ]5 ?$ c% M( v8 q# B3 B
8 O3 v( X& i0 E2 ~
4 ]9 S ~# g4 l6 B' g# m燃料熔盐回路的温度高、压力低（接近常压），水回路的温度低（相对而言）、压力高。加上强腐蚀工质，这使得一回路换热器管壁的压力工作环境很不友好，绝对防漏很难做到。增加的冷却熔盐回路未必采用与燃料熔盐回路相同的熔盐，实际上采用对水和燃料熔盐都化学中性的专用冷却熔盐更好，降低微渗漏的危害。在工作压力上，可能也介于燃料回路和水回路之间，降低压力差，减少开裂和渗漏。
. }) Z: J. t9 `" ^. F( _, Y2 L8 X* {/ x3 y5 F9 M, ~+ T
这是工程考虑，不是原理上的必须。在高压泵的轴承密封上有时也用类似思路的设计，用中等压力的“液封隔套”在轴承的高压液端和常压环境之间缓冲一下。2 w( O3 T6 d; l/ G$ b: g2 [
, ?- y9 k6 s$ s) ]8 Q2 M& p. B/ A至于第三回路（相当于压水堆的二回路）是用水还是超临界二氧化碳，这就要看设计了，在理论上都可以。水也是可以超临界的。二氧化碳的化学性质与水截然不同，熔盐与二氧化碳接触会发生什么化学反应不大清楚，是否依然需要冷却熔盐回路现在还说不好，但腐蚀问题依然存在。二氧化碳在7.38MPa和31C就达到超临界，但热工循环的压力和温度会高得多。“超碳一号”示范机组的工作压力达到23MPa，与通常用水的火电系统的22MPa差不多，但超临界水回路的话，压力就高达31MPa以上了。从压力差的角度来看，超临界二氧化碳还是有问题，还是用冷却熔盐回路隔离一下比较有利。
/ U5 R; }7 m" |4 H/ k% V+ d( ~% Z, |- _
三回路肯定增大系统体积和重量，但是否就此排除上舰可能，只有更加详细的工程设计才能确定。毕竟钍堆对防护壳和紧急冷却的要求大大降低，减重不是一点点。+ V$ E' B; ?$ n; B9 m- f
; }4 ?9 e N6 w+ ]
第二个问题是钍232到铀233需要27天半衰期的问题。4 q. O& R( C& E; j& W; }4 |
6 J; g4 P% r1 g1 H- Y3 d( H
钍堆以熔盐堆为主。也就是说，钍燃料由熔盐携带，在循环中进入堆芯，受到中子轰击，在两次β衰变后生成铀-233，这才是裂变材料，但需要至少27天的半衰期。成为铀233后，就相对稳定了，半衰期近16万年，实际上就是地老天荒了。
x- L" W8 P5 O, A+ x: L! i; _0 D# ^% Y: u
' f2 R- v& Z. N% S2 K- c2 N6 H" b1 P; |2 V
这可以理解为“现在投入的钍燃料需要27天后才能生成铀233，这才是有用的裂变燃料”。这段时间在陆地核电站不是大问题，只要保持长期稳定运行就行，但对于需要随时增减功率的舰用堆很不方便。# S$ h- N- `9 C8 Z
8 \# H. |) ^ e铀可以溶解与氟化物熔盐中的四氟化铀的形式存在，沸点超过1400℃，所以在熔盐里稳定，不会“擅自”气化。四氟化铀通入氟气：
' N. s4 O- [4 k2 v: x" x0 m \( S; f! Y- v2 J: @: i* U
四氟化铀+氟气 -> 六氟化铀
) r! d5 t Y$ ~: B" ^7 e& c2 w% K
7 c% K7 o, ^3 e8 H$ F! @' Y# V六氟化铀沸点为56.5℃，三相点温度约64.5～64.8℃，所以常温常压下是固态直接气化（升华）。换句话说，在熔盐堆的工作温度下，六氟化铀会以气体的形式与其它材料分离。, f* y# Q! Y/ _& A
3 Y7 d2 Z+ B5 ^1 J
换句话说，在燃料熔盐回路里注入氟气，将四氟化铀转化为六氟化铀，在进入堆芯受热时，六氟化铀气化，脱离燃料熔盐流，这就是在线分离的基础。1 A* j0 n; l0 B. y
0 `; M1 }; e# B
回收后的六氟化铀蒸气导入小罐（必须低于临界质量，否则就当场现颜色了），冷却后成为固体，即可长期保存。如前所述，铀233的半衰期长达16万年，对人类来说，理论上几辈子都不用担忧“过期”的问题。需要用的时候，把存放的六氟化铀加热气化，再通入氢气：, O; r6 J: L% M; |9 D7 p- s; @9 @# Q
* {2 h2 k% T; b9 I4 `6 b六氟化铀+氢气 -> 四氟化铀+氟化氢
1 D x/ Z Y8 A" f% y$ \& J) L) M% h, d8 B
也就是说，钍堆有卖炭翁和柴禾妞两个角色。从钍232增殖为铀233是卖炭翁的角色，把木头烧成炭备用；从铀233裂变发电是柴禾妞的角色，用炭生活做饭。钍堆凑巧是双体合一了。在连续运行中，一面从钍232生产铀233，并以六氟化铀的形式存放起来；在需要增加反应堆出力的时候，把六氟化铀转化为四氟化铀再添加到燃料熔盐回路里，就好比给反应堆加油门了。
% e: o5 W' _* g& f% ~
1 Y3 _6 H1 O4 x! \. P3 y3 _当然，氟化氢遇水就成为氢氟酸，这是已知最强酸之一（呃，说“之一”是怕打脸，还有一样强或者更强的酸吗？），腐蚀性惊人。加上熔盐本身的腐蚀性，这是钍堆最大的工程挑战。; q5 P9 t' K) u
2 _9 }1 j( R& e: X
据说江南厂设计的钍堆集装箱船上，钍堆系统需要每15-20年停船翻修，才能在抗腐蚀方面“再管15-20年”。
2 g N t8 i7 S+ L" h
- l1 U( S D; J但最重要的是：钍堆上舰没有理论上的不可行性，在工程上，江南厂也证明了原理可行性，尽管现在还没有物理打通整个技术路线。 |
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 
，晨大知识面广，三下二下就成专家级了，我只是入门级的，
N1 i3 A- |* s9 ^. {% N8 {
