|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
& P) d- _2 H$ U5 c# Z* `# C
! }% U& i5 y" d" r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。
, G, Y0 s( s; |- @
0 P" }9 ~% _; v; i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?; G8 b; X' \. M4 Q- y- c1 }. O
: r2 |# X) Q1 m" y8 l7 K6 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。& U: l- j+ `3 B+ A
X( g$ y/ }, t3 ~2 c6 F# [
还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。0 ^ E4 K5 C+ j1 b$ ^' t; P( k' {2 z
. b4 r, r2 _" I3 m% n2 v) j
这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。
! {. s6 o# g, ^1 y$ U% @; B, h6 g- ?. h3 i0 B) M$ F
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。/ V) j8 L" [, j1 G8 {3 m- H1 ?- P3 T
! \( `4 G2 F' _+ h2 u
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。- O& \- @" O9 y; i/ |0 Q6 ?- e* k
& F% K/ _& ]0 n$ l, g* D) L
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 w2 |+ J9 v5 }+ ~5 G8 m
5 O c& D c, E2 l# s& i" l4 \
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。7 h6 R" F) s2 ?& o
) R$ M, M& F9 [) F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。
8 [( [3 r' i' w1 W: g! u
0 j$ @3 l5 n! F! C' b- L
2 m( `. z. \, Q/ L0 r9 U# g" b' k2 s
典型熔盐堆示意图
1 Y% t" i- ^$ C6 E1 k+ _1 |9 ^% E& `+ I
! p J- y- W- O h$ x: t
中国熔盐堆示意图: y0 K) D, ~; _' y' O6 t* q- N% s
! h' \ s) `- G/ x. I& q: M! 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 r* }+ @$ { X7 @! R" k2 F$ A
Y/ }1 D s( v
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。
1 }$ v7 {6 {* P0 ]- L0 t8 r# T# ]/ U; ~- 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。; q4 P' g$ P1 c# Z) f# s
3 Q1 e/ D; o5 T' k1 Y9 W! 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。1 @% b. @7 |8 {+ B
5 O. O. {9 x1 M1 L1 t; 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。 D2 O* M6 G6 }" s
' {% C, @$ _& C; g" _4 _3 {* F
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。7 e" B( T% K+ }' P: C* ]
) B3 u0 X0 r1 K* H4 x! c! V2 c
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。. k! X6 @% I% P
0 f: S$ ?, W+ r1 z5 v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。
0 K$ f" @3 J; [) z9 @
- v: x! C. v% k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。
- M& v, l/ a8 T. x* c( R* i- [$ w
: Z& X7 h( U' t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。
8 m: w$ y* q2 g# i# L3 F+ ^
, F6 f+ \- x0 [/ c7 Y% k3 q8 C, K& B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?
- f: ?& J1 N" l% q
8 Z- I3 o# q/ M( v+ \; w用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。
: X, ]# H5 F/ ]0 t- w5 \! @3 s: B8 ]( }, K: t- [, 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
|