|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 : l# r: `. n# M. F' a, P/ c
/ P1 ?5 G7 \) d% \4 }
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。
. v: X+ I& ?" _, w. W& ?9 I3 X6 @6 }" y0 M. 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？
0 a2 V! Y# F; I/ y3 N8 Q" E3 |1 n1 M0 {- F) f! f5 R
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。
7 `, S' u7 ~' W0 w1 Q$ w9 ]( i a4 e1 Y+ x( c, Z7 i
还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。# V' `( b/ X7 J5 r; I' X
4 v) w1 u* J* _+ ]
这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。, ~7 q. E8 W! o' m' r. [( s' z
2 K0 t4 U {2 x& I% o. H( B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。
( [+ a0 M; h6 {1 i
0 Z0 U, e/ r& ?: J- B, n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。" t" s) n/ z, L2 T% U
' L& J, z5 H! y. `: w% l4 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。
6 {+ ?. `* D) H3 U3 h" W
2 \4 J2 r$ Z, R* C* k2 ~钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
, ?7 s9 h4 c- I
" w3 p4 [$ p5 Q4 G* v# b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。
4 [- F4 \6 q: k% p9 Q s( p$ w* e- r$ W- v
/ o7 u5 X9 A5 f; D- b% ]. u
典型熔盐堆示意图
2 e2 \# `5 B( \) [6 y+ l3 b4 B/ y2 a$ Y. K6 V) @/ }
5 v0 Q8 i3 B; M
中国熔盐堆示意图# l, M! ?2 v5 u; V: [ J# I& }
3 e0 V/ i* p1 G7 [7 C* a0 h' e
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 M; g% ~" N. [- m* X3 P. y
+ o2 d8 T1 m/ h/ V7 L% R6 \& w
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。* F8 b6 }& C+ W1 g& d- U
. A+ [2 @3 h K
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。
/ l- |3 c9 ]4 E z0 E
4 H2 \5 C8 q3 s, E/ b+ ~- t/ O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。6 o+ [3 R0 M d1 p/ F
. {# `1 z/ m& Q9 C% i2 l' A5 y: B
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。
0 y$ k8 q' p4 u: D$ [6 T R0 E7 p, s" s9 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。
; `5 f' H& r4 ~8 t+ k7 [7 l3 K3 r/ [6 e( z
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。) r3 P* c: S2 [# b7 x
) }+ ^" y; H. i9 Z
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。; N7 Y8 ?0 E5 _ p) E }: E8 h
2 n0 X6 |+ @- |* q/ M! M
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。
+ W' M U" \4 X# z, ~+ a2 M
9 [* D/ P, G9 f8 \: ^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。( i3 }$ h" M+ Q& P
& E' L8 a6 S9 `$ O+ `
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？
h3 y+ F$ Z! u; `/ u5 p, G
8 U; t- _3 ^) H* D9 l7 ], Z$ h" p用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
- s, t* O* @7 p; r( o/ C+ w% o. z5 L( o0 p
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
