设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 3565|回复: 5
打印 上一主题 下一主题

[武器展望] 钍基熔盐堆:中国核动力航母的关键词

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2023-12-15 14:24:19 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
4 a9 F" J0 \& ?3 g  u* S: s$ j& J
% k% P  t# |4 I: d+ \7 ]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。1 ^$ ?( R+ N8 x
- L! p" C6 H5 z, F- B/ s' h' ^
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?
  t. _. l) K# i1 l$ d- u$ J- O: V# Y
5 U( c& y0 E( r1 f% M3 W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。
& `" L% Z+ w- x6 u- h; t) Y, _, q" H
5 l$ M) _- t, {$ [还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。9 R% }5 \) m' j+ Q
2 p, G8 o6 r- ^0 c, X9 ?! I
这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。3 f$ \! p' w7 q& T) G2 @3 L
4 S- s1 q; g$ d3 M, Q2 i9 y
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。
8 ^. w- C- w: U
- J9 {5 c) O5 D5 g) `! q! x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。
- P) r( E0 X1 W0 r3 G; R
7 K( B5 P% U& [1 d2 E5 h+ w4 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。) R* S/ z% w0 r9 K
$ h1 O. j5 f. {! X6 I
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。
" k. Z9 p) J3 B% e/ r- [
4 }1 C; n3 t; S$ V1 x3 W4 S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。
6 q' w) P3 g' t) ~) a1 ^( \' j+ b: o6 ^7 e2 t

5 g/ d5 F3 B1 D8 {典型熔盐堆示意图
( I" W3 c4 u/ ]6 c5 o. b. A; ~
. g% S$ B  [: n3 s: c
3 C/ e4 p+ t8 u$ ~4 h# K2 l% C, ~7 H中国熔盐堆示意图
) Y; S/ a2 w' e6 i% \
9 I' J1 M6 K! C' _+ T. M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。
9 {+ P, V3 @* F0 a: u5 f
% \% h) X7 L8 u" o6 {: @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。, t* W- p. B  o( H& f2 f" G- V; T

1 y/ o2 \. \6 c0 r  G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。
7 g8 I$ ^2 g( M1 K: p+ K* K! }1 r) Y, ^5 Y' A+ R, y, }
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 h- v) k# M( M* k6 i

: M- g3 a$ G. Z) T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。
( Z- d! h/ i* Q0 Z% v# B0 X0 E; ^9 a1 w# t1 Q2 m5 x0 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。
9 U. t9 P* e% ~' p1 t
1 R& E7 T' B, ^3 H% {( L4 H) y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。
! X0 k; O& O2 r4 b7 a2 g8 P
. [1 ~+ h) F- c0 L3 p3 E# g; m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。
! w; i/ Q0 y2 V
# L' q* f& u# o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。! F% d9 O: L8 d* c1 F# N4 e+ }
5 J  f% l/ m1 u5 ~$ ]9 B
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。
0 y0 ~  K/ n# k" {; c( ^& Q+ b, p1 U& l1 f7 T4 x4 y) x1 W
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?
: n% p: E2 f5 S! t8 R: B4 k& u0 F6 B: e7 ]
用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。& ^  \  `0 U) S; ^! F9 ~9 `  i

6 ]1 ?! Z8 \2 n9 N" X4 D- n$ r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

参与人数 4爱元 +34 学识 +2 收起 理由
wbxy436 + 10
老票 + 16 + 2 伙呆了
唐家山 + 4
住在乡下 + 4 涨姿势

查看全部评分

  • TA的每日心情
    开心
    2026-2-7 02:13
  • 签到天数: 1955 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2023-12-15 15:41:36 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2023-12-15 15:42 编辑 + w2 P) ^. b) o+ K# @. F7 |

    3 w; q2 g- N1 [3 ?/ j5 R9 B& [9 P好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了5 _- u" ]# g+ v2 }

    % }+ E6 p& D7 u  E' A还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍(这个可能没必要)。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    板凳
     楼主| 发表于 2023-12-15 22:05:00 | 只看该作者
    数值分析 发表于 2023-12-15 01:41
    - R5 f3 `2 L- {好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了9 |" E) [7 Q4 ?, [2 y; Y& x

    . B5 }/ i5 T# T7 n# \7 a0 A( E还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍( ...
    # y: i8 D- D* O$ r/ G- q, \7 _
    海上加钍!你也太猛了,15-20年都不让回港!
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-1-2 23:51
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    地板
    发表于 2023-12-15 23:09:39 | 只看该作者
    # I# A1 m: _; k# k- m
    真是好消息。钍基熔盐堆才是中国的“核聚变”。中国的钍矿储量足够用几百年。几百年的储量完全相当于是核聚变所谓的无限能源了。  [) B* O) G2 R& n
    , ^' N4 i# U' P
    技术变成熟和降成本唯一的路径就是多多建造。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    5#
     楼主| 发表于 2023-12-15 23:12:27 | 只看该作者
    五月 发表于 2023-12-15 09:090 R" F& U9 h1 v  ^8 b2 h
    真是好消息。钍基熔盐堆才是中国的“核聚变”。中国的钍矿储量足够用几百年。几百年的储量完全相当于是核 ...
    6 y/ |. q1 w5 F/ i% A& `
    据说中国钍资源够用两万年
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-1-2 23:51
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    6#
    发表于 2023-12-15 23:15:31 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-12-15 23:12
    4 S: L* q, _( z* @% z7 e据说中国钍资源够用两万年
    ; j4 V1 H$ W8 @4 n
    & n  D- C' C" f! u6 _7 M
    各种说法都有。可能因为钍元素没啥用,勘探口的人不用心。! f  t( T- q* Y& f& l+ f# ^# A% Y
    0 e- C9 b" s( Q7 I  l# @
    现在钍可以用了,显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。' E* C* q2 c$ ^" ^- t) u

    # U5 j' d) X' J$ O  G' s
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2026-4-7 16:14 , Processed in 0.066206 second(s), 22 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表