|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 % T3 ]1 h9 a+ k& m( Z& D
, ^6 C& o! \7 F) ~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。
+ e, F, e+ I" m7 h; v5 M, |
' R$ e" A& Q7 e, l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？6 {9 H, w! `+ N
3 I' h i1 t/ q
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。8 j4 a* U# a5 Q9 H* I
' n- W+ t) v! F7 h2 G b还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
& u1 o# u4 b2 C9 @, K$ |' s
0 F8 s! d0 {# g. |这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
; {* `/ t0 B0 k" r' [1 X6 G3 G# g' R6 r; e' D- l( x# c
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。7 @( y# [$ |4 u9 s, p
. W+ L) A) ?* T6 G. s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。
: R+ E7 F1 l8 u1 z; S) B* n6 q9 Q$ }2 m+ e; E% ]. B2 J
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。
8 B9 O F- W9 `5 ~; y: ~
" d+ M& R m$ k' ~% S/ q4 B% J; q钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
4 l5 N0 K( C/ |5 Z& m5 a! C
. [) b5 t: K+ 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。# c J! R, l6 ^+ q
4 a/ B, h7 k0 W! M, |
% L6 X) i& d/ N! r7 V, y( I典型熔盐堆示意图
: `9 a* i- h: Z' W8 ?/ [ E
; T$ G2 f" g8 z p1 ?
2 ?- L+ x$ \$ p% U) m
中国熔盐堆示意图& P* }/ y, q* a
' a, k5 H1 Z( |+ `8 Z
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。
; I/ [' s! g* i& a4 r
7 ~( [9 }1 {# L1 D. 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。4 j( ?1 }$ c* n1 d, i
; Q6 Q8 D' J6 E7 `8 a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。: t% t& }1 w2 s$ M. z3 n+ {' y
' m/ Z0 ?2 z# U5 Y- h# o6 b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。9 G& q2 ^3 h- W" W, s. V" r
6 l; ?) c0 L: J5 t5 {0 f% Y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。! x4 W4 @+ h. k1 E+ W( T
8 V- {! H3 {8 F# A0 F6 Y; m) m
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 \( w" S' [7 f7 K' Z0 x. l
' R8 s, x. X j. M6 u
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。& S: P) s" I, s1 J/ X
5 C7 K# E6 a% r8 Y
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。
* g* L& j5 {7 D: F
5 r9 @8 d; q9 i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。
: z# ]- }/ r0 h) F! ^3 ?8 o5 z( w* O H0 C/ B/ S( j8 R |
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。
. {2 Q+ k, z: A9 U1 |; |4 g- _6 A+ R, N4 g% z8 m
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？7 \8 p0 ^+ @# N/ y4 b
0 U, {6 x9 x; g* n' r/ u4 L
用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。' O3 p$ {: w6 A$ G$ q5 i# E" e \
! K& W3 y4 ?4 y. p2 v3 P( 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
-
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
