设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 2929|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 2 G3 Z& ?( }! x) Q3 e5 R0 O

6 b! a7 W. v1 B! P5 Y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。/ Z' X) q$ p1 I. P, k  G7 J7 u; F- o

& w# L8 `; j6 g4 d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?% D3 U0 t; ~. d( \6 |* m( t

) H) Z/ {9 c4 Z1 U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。: v6 O. c5 G4 a$ y! R: C/ {0 @  b

0 S' s0 z# @$ W还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。
1 j5 C+ e( ?% `2 x; x1 L7 J" g! C" e4 \8 E, s3 i" `
这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。
/ z* B! @& Z0 W- m! [
. \0 ^' R: D) R8 j; t; Q7 g" a8 ^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。. R; H% x. I4 @* u7 \( n  Z' C9 b

' R+ S1 B2 T; [! Z, g' @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。7 ~+ E1 [  I3 P$ K5 ^1 Y
, E6 S: V+ ~- k2 l3 g% s6 k
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。
- Y) U' Z% _1 e6 |. M( j, @& V( i! e$ S; W
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。
2 U" h1 A, p8 v5 O7 N. U
% E  h! e4 n) u2 K/ Y4 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。
  j7 K- ^+ z% N0 A
) D1 K, x; R% P# k- O0 L8 m
7 ^, Y8 H- [- z7 a5 M典型熔盐堆示意图( }0 P- H; o/ q
8 c9 L9 S' o  o1 L

% p# S0 a; X& e. g中国熔盐堆示意图- J$ o, R: R3 w: a% z: [3 O) p
9 i- `9 K# X3 W' ?
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。
" E" J' t9 u3 u
/ l5 e) b# {3 x2 M+ f" ^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。
/ ]# A+ D' V0 M& U  }. R" Q- ?& x
3 W- y6 E- n9 y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。: [+ G* M, t6 O

/ p0 O! W; h1 g3 ^( G& l9 c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。
2 |' f( p  K: c  t
9 Q# @& C' K+ C; r, @$ q$ o* Z" R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。6 B2 j2 e& e' D

6 ?' s7 `# P/ g+ N& P- G* o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。& K# e9 t# x2 I( R7 |* T

- l2 ~7 q3 O; ?) [; H- G- x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。8 A8 S) }( A$ r, R, U9 M
3 O  Y3 m, n6 o" R' j% X) P
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/ |; t. Y7 O  O1 H

8 Y+ [# E) ~5 l' P1 g8 b  j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。0 r- y  a2 ?! n* y: b  G

' ^# l; ?5 }2 v1 k5 @5 V5 y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 ]$ a: Y" z

& v$ `5 D: B& A! ?+ k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?
: U: c3 x! X+ [0 j3 y: N5 I
' x7 u: O6 h( r/ F用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。8 l* A$ }, G; L1 \* L

* k$ o" ^2 Y2 P) 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

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
    昨天 22:23
  • 签到天数: 1950 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
    5 N, g! J1 k- n: \+ X" Y) u5 E% c2 t% [0 P5 S
    好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了& C/ I7 k: n' f# c% g
    * p) V) @  I8 p: O) @4 O: J
    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
    # o. y8 }$ o9 n& g/ d8 X好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了' `3 s6 E; V+ A  ^- a1 ^" U$ h

    , I* V( P; g) M2 T( H( ?1 {还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍( ...

    " E  p6 l8 a$ K. X5 q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

    2 p3 t' ^) Z4 J  S0 g/ d. 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。# _7 O+ U# `& P2 W; \. l) d' F
    6 B9 A) |- Y6 P) h
    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 09:09. l7 I5 ?3 F* t2 `5 B
    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 ...

    3 w9 V; U5 h. S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( }! d- M% ~. o# \
    据说中国钍资源够用两万年
    ' v! G2 A8 f: S% L/ H0 H* \

    / ]4 j. I" q( {, W4 B各种说法都有。可能因为钍元素没啥用,勘探口的人不用心。
    ! t( A( M- A, p1 l+ F9 E' p0 |8 Z# Z4 Q: L! k# j
    现在钍可以用了,显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。
    5 w  c/ N- S/ z" P, i1 Y2 G  @. R7 ?
    & k8 L: m8 `/ X3 q
    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, 2025-10-23 20:00 , Processed in 0.033736 second(s), 21 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表