请教T教授：钍堆上舰的问题

晨枫

在近期建造核动力舰艇的话，肯定是铀堆，而且是压水堆，而不是什么高温气冷堆、铅冷快堆之类。钍堆刚开始工程测试，离实用还有相当距离。个人估计，发电钍堆至少10年，上舰可能15年？

- A/ z/ K1 ?& R+ [1 ?但是对于钍堆，坊间有很多传说，不知道真假，还要烦请T教授解惑。
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钍堆以熔盐堆为主，钍燃料在熔盐里（是溶液还是悬浮液？我也不知道），随熔盐循环进入和离去堆芯。钍燃料本身不能达到链式反应，堆芯里必须有铀燃料，作为中子发生器，在钍燃料进入堆芯时，轰击钍燃料，引发链式反应。

3 Q% M! P, r4 ]% |- Z, V" Y钍燃料离开堆芯后，再次停止链式反应，同时熔盐把热量带出堆芯。在把热量最终传递给二回路的过程中，也进行后处理，将乏燃料和续用燃料分离。

% D% s* v+ D' m' C江湖传说中，钍堆的传热机制与铀堆不同。

; G- Y/ j  z. Y; ?铀堆有两回路。一回路在核岛内，将铀燃料棒通过链式反应产生的热量带离堆芯。为了避免回路内的水受热沸腾，一般保持在15.5MPa，温度在290-325C范围。一回路的水流经堆芯，有很强的放射性，不能直接用来发电。

6 U; N; W; A0 t! _" `# H# R: e' s一回路的高温水通过换热器，加热二回路的水。同样为了避免在回路内沸腾，压力保持在6.5MPa，温度在220-280C范围。二回路的水没有放射性，在蒸汽发生器里闪蒸成高温蒸汽后，驱动汽轮机。二回路加上汽轮机到发电机构成常规岛。
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但是传说中的钍堆有四个回路。燃料熔盐构成一回路，和铀堆的一回路相似，只是这里燃料在循环回路里，呈液态（溶液还是悬浮液，还是不清楚），熔盐不仅是钍燃料的载体，也是传热介质。

5 i# t, t  b4 J传说中的二回路也是熔盐回路，但是没有放射性。这只是传热回路。

传说中的三回路是压力水回路，不知道压力多少，但温度可高达600-700C，所以可用于超超临界发电，或者CO2发电。
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! h: k. _$ O( a: X1 z; @2 @传说中的四回路依然是压力水回路，同样不知道压力多少，但温度估计降低到铀堆二回路的范围，用于更加常规的汽轮机发电。
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* Y  h4 H2 P3 J+ ?0 j疑问：纯传热的二回路有必要吗？四回路有必要吗？可以一二回路、三四回路合并，成为双回路，行吗？
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感觉从隔离放射性的角度来说二回路用水、CO2都行。
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5 d8 X# v( Y* L1 p) J' n% {, g请问T教授：

6 O) }$ l) K- C, l/ O8 ]  ~4 \" g1、我对铀堆的理解对吗？
2、钍堆能像铀堆一样双回路，一回路是熔盐，二回路是水或者CO2？
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testjhy

# u7 a2 W- s7 X9 m/ g7 V不行了，我退休时间很长，与这类事情很远了，想当初启动时还算近，有机会听专家组介绍总体技术和技术难点
2 B/ _" F5 q+ i6 g看了您在观网的文章，从我自己的判断，钍堆上舰应该是您说的15年。
1)目前的2MWt堆，正在设计的10eMW中试堆，航母比照福特舰的需求，2台350MWt反应堆，电功率200MW。国家规划好象2035年才100MWe熔盐堆，陆上工程堆不运行5年以上不能上舰吧？
2)航母空间小我感觉2回路正常，还不太确定的是熔盐/水热交换器有没有放射性传递，压水堆证明交换器是不会污染的。熔盐材料复杂，CO2估计也要试验后决定。
3)还有一个环节，不知道工艺复杂性和需要多大空间，就是熔盐循环，从原理上讲，经过中子发生器轰击或U233裂变，会产生一批氙铯锶等“有毒”成份，它们会大量吸收中子，需要在线分离这种核灰，还有说提炼钍233和铀233，注回熔盐中。在陆上这种装置最大也可容纳，在航母上是否能够小空间内实现。
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所以，钍基熔盐堆研究上舰肯定没有问题，但至少得在陆上同规模实施5年后(顺利的话2040年？)考虑，很多问题是与铀堆很不同的。
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4 }/ d/ h) n; S! J; F" R说个题外话，当时选武威时有一个说法：因为熔盐堆不需要水，所以大西北也可用，特别是与风光电匹配，我记得当年查了很多资料，才发觉上当了。选择武威或许是地点偏僻，地大人少，对放射性泄露不敏感。所有核反应堆本质上都是烧开水，所以2MWt可能风冷就够了，10MWe。100MWe是不是放武威，或者如果竖起冷却塔，就好玩了。

testjhy

铀堆的原理您是正确的，压水堆就是如此高功率的传输，必须高温高压防止沸腾，因为气体的传热效果大幅度下降。熔盐堆有个参照，就是光热熔盐，国内也做到了100MWe，技术上应该相仿吧，除了放射性传递，熔盐的压力不大，水的回路可能要加一定压力，但这点不会影响热交换器的设计吧。

晨枫

testjhy 发表于 2025-11-23 05:03
* s" u0 Q$ ?8 t  z' d不行了，我退休时间很长，与这类事情很远了，想当初启动时还算近，有机会听专家组介绍总体技术和技术难点
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多谢T教授解惑。
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* h( _& l* b0 k. e- g2 m还有一个问题：钍的链式反应是吸收一个中子后，最后通过两次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。这可以理解为“现在投入的钍燃料需要27天后才能生成有效的铀233，这才是有用的裂变燃料”？

1 k. w8 F" {& K3 v7 v2 z2 P$ b7 b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好像很不方便。
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这个问题有办法解决吗？把铀233分离出来储存，用的时候再投进去？这东西怎么储存，只能分开小罐储存？需要考虑临界质量什么的吧？或许分离纯度低于临界值，就不会有自发链式反应问题，这样就便于存放，像铀堆的燃料棒不会自己就链式反应一样？

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三力思

晨枫 发表于 2025-11-24 01:07
! l* A( i* e0 x8 d. S多谢T教授解惑。

还有一个问题：钍的链式反应是吸收一个中子后，最后通过两次β衰变后生成铀-233，这才 ...

% C8 W" Y0 L5 \3 w2 S钍反应堆核心里的铀-233只能停堆后分离，不可能实时分离。现在的设计就是利用铀-233继续反应变成自增反应堆。

晨枫

三力思 发表于 2025-11-23 12:13
4 ~: h# P& S% W& i0 @6 K8 t钍反应堆核心里的铀-233只能停堆后分离，不可能实时分离。现在的设计就是利用铀-233继续反应变成自增反应 ...

那现在的钍燃料后处理是干什么的呢？

既然是循环的，为什么需要停堆才能分离？