|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑
9 u0 z( t* d( M/ L
& A! |( p) u+ l% W. |3 T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。
3 W! }2 u/ t1 b2 h7 u# @; W, l3 I7 }, |
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？4 A* P1 o& k' x2 g3 `
! W/ M/ g1 @' R" x) x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。; k) k. T2 h2 f+ o/ l3 H& Z4 b
0 P2 i9 B/ G X+ q4 L还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。1 y& Q9 q( B4 C. v
: F' } c5 _% R/ m9 {! }- z, F+ t
这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
' b; ~: W6 }& F5 e; s9 U# g# e c4 ?* s% E' [
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。- ]* ~# a' e3 K/ T1 f
# e* I8 T9 ~5 j6 {5 y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。
5 s- g3 j# @. k! p" v1 T1 X
+ E/ I0 l; F# T5 V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。& E3 ~7 Z- D' v5 j; D- m; X+ N/ B
7 x: m9 y! O/ u' [* l钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。
- I e0 |+ W! H3 p: X
" ?7 L( `& j+ C" J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。- N. j# D( d9 J! E# S! y5 m% v
( E. d6 o8 y% _0 i+ f6 C# K
" B. R5 p$ e4 x% _0 T6 q典型熔盐堆示意图
1 l) n- m$ M j( L
, y( c6 g; B3 O9 A0 `" o
) ^0 ? X* _% I4 o. Y3 ?4 c中国熔盐堆示意图. u5 `" a( T) z) c
6 H( G& W# [5 W$ t4 G9 v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。
4 b3 ?0 w" B# O+ D3 ]9 r6 m% b& x/ F* }# H$ u: g8 S
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。# R# t9 q `- A' a- k2 h+ {4 U m5 w
+ G9 U c. K- C F/ I% r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。
4 P$ U5 Q# A1 x/ N) Z7 U$ m( x# m( \& V) [3 u2 a, a3 f! t8 r
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。
! g0 T* H3 L* C1 c' r3 ^ }/ f( E/ ^1 m+ H& Z4 ?! ]# v. A- P
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。+ ]1 s' N2 d, b; H
# ~& V. [9 u2 k/ R) I
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。
$ L: f4 ~9 t2 y' Z0 w6 S6 x1 v: P0 L
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。' U" |# c) e% [, Y
+ a! m% B# g. [
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。
1 @ ^' C3 ?( Z0 } H Z
8 {' _- f6 f* A4 i* N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。
) Q# j% v) H. E- j% V0 R; d2 s" N
$ ^5 t2 Y' N8 U1 n$ 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。
( J, w+ {- u8 S: |" C$ m# y. B" t$ K0 s' Z
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？; o+ n( P% |; V( L3 A& g! b
' S" u; {5 G S' Q6 ?! K! M
用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
6 [. ]1 ~0 ?5 g9 f, ?3 M5 ?7 }1 L5 S' ^7 C& K
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
|
雷达卡
楼主
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2023-12-15 15:41:36
