设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 2931|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 8 k2 R% m0 o* R1 |5 U/ ]1 j

- k+ @! x7 s) t. p! P; n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。: F# i4 k& d7 \- r  e4 n2 c, A

8 b, m, @, D" b- j5 l5 A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?
* Q7 [6 m; B4 ~9 @7 V1 Q+ X
! w. T% N& U  I" z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 G9 k9 G3 A5 V8 @5 O+ z% Z# f6 J: ?/ I7 F3 r
还有人质疑:钍堆功率密度低,上舰的体积和重量太大。
8 Q* ^" J. X9 Q
5 T# H8 j+ {, h0 z2 |+ m# v这些都是有道理的质疑,但是还是有一个但是。9 k1 Q* o5 x5 }2 t8 i, Y! z5 Q
8 V6 d/ M' _$ I2 G- g
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。
4 T0 x; t* |  p1 T9 o" U* ?6 s6 [9 Q5 D# {  }
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。* S- G8 O9 D6 T( [0 m. d

# |) y1 y' X6 [" ~( C5 r5 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。5 G6 O; S; {* {' x" m6 M
5 Z) b" ^0 ]& n) l9 Y: J6 \( |
钍堆有熔盐堆和球床堆,现在的主流是熔盐堆。( Y0 H3 m) h& @( U. w
! }' I0 U: s8 ]0 i9 t
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。9 z, N" F* }' C- O$ m& _: q
% B' X! V# P+ b; Z

# K6 W7 ]+ G4 Y1 b  d典型熔盐堆示意图, z4 x/ o0 \9 p; P3 `" R
3 R1 z, j* q$ c6 Z4 O/ ]2 {# r
" z9 x" i5 c6 w, \1 ~
中国熔盐堆示意图
0 M; Y3 ]8 d3 A3 c
/ `1 b5 Q1 p2 o% r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 Y( G6 M* J: @0 E
! e( u7 c4 P: `% d9 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。
0 V+ M7 y, Q) c1 E
7 j# P8 g! F( ]2 T, 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。
2 s8 c0 m# `: F# l3 _
# |( V( Z# C  q1 L3 q. |) 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。* D8 X" U% o* Z) t* l1 P" e
- b& s, ]4 e3 Z! N% U4 K
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。/ I; T5 ^# `% ~" q& {7 o3 q( {0 z$ `

, U5 i# N4 `1 S! {5 N, \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。
0 X& O6 o0 H) }5 _0 p2 I; k1 N3 m* ~) V8 u3 F& ?* V
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。
, |  n2 {: O) x* I# t. Q" J8 ?* B5 O' J9 s0 k
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。: l( G" Y8 K; J2 _( ~" W2 ?+ }

3 ]; G. Q8 B% {0 ^) m  o% c$ q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。7 M) w: b6 S7 V3 E  ?; b
  D1 m7 T9 c- ?1 Z5 G7 W( O
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。
) x& K" c, @+ ?. Y
- V; P9 Y; P2 e5 v& k) ^* W6 A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?' I+ G* s1 X8 p0 J+ c
9 V! ]2 D0 f, ~. |
用到核动力航母的话,那就真是领先美国一代了。5 A6 r: d: t3 ?+ x4 s

, M2 N* I) z9 |6 e0 C% _' Q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
    " D$ ^8 j( k, V' T2 q
    1 |7 _$ i7 j# F( ~好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了, j! w2 g2 p3 V3 ]

    9 N# b$ L$ q+ D( f) Y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
    ; w1 }6 y+ f; J# a. M6 r* r0 Y8 c/ ~好啊,以后核动力航母就可以象汽车加油一样加钍了- Q1 N( l1 {6 [) J! J
    , {# I5 L. y) d2 ]0 r$ ?
    还可以考虑发展核动力补给舰,给航母海上加钍( ...

    , e, |! P9 o0 i1 c' c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
    . Y% L+ Z) G- S$ L
    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。0 n4 P  Y( \3 K- e, w: u6 \
    5 x" k: T  M4 }9 i- E* M3 e9 x" W
    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
    # U# ~5 k3 U/ i) |# A5 n* A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 ...

    $ z5 K- D) M9 W7 g) f; N  c+ O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/ @; j, y% i# ?8 f! D3 F
    据说中国钍资源够用两万年
    3 V+ ^8 s1 \: f: x& ~" K* @
    9 L# M8 P' M; G. T
    各种说法都有。可能因为钍元素没啥用,勘探口的人不用心。
    6 \, E9 ]* Q0 ]8 T9 p5 O6 x0 U2 V& i/ p% F# P4 b
    现在钍可以用了,显然地矿口的经费就跟储藏量挂钩了。( b5 H0 ^( I0 @
    7 X' p! |8 _( w3 S9 N( S& T4 ?
    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 23:45 , Processed in 0.040151 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