|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 $ O* [ h& |9 Z7 ~ I- o) u% }
0 H+ j1 H* [! O
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。! N9 V; y! I% U5 u, n% P( M. c
3 ~1 D0 R4 R) g
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？
2 H$ Q5 C' G- b8 b' ~- L
$ M$ Z3 A$ Z" H% W0 [0 w8 F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。
! ~( ]9 D# j* j5 f9 _& a: z. }/ o: b# W/ Y+ \
还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
7 X' M, Z% |5 D
/ M1 c! E: v S& T. s; _这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。% X4 D/ V1 X) D" ~' L
) v R1 P4 I0 M
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。
( J# Z4 z$ N; \* f* G3 N) Z+ j5 _$ {9 e2 Z. O
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。
6 |, g* `+ h; u0 M5 l1 C: Q, L$ C" I f3 |6 s* _
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。
& p$ B+ u2 u# v3 l8 E" ?5 g4 Q' V
钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。$ o! `- F4 c* i; A+ U4 T" j
5 w0 _/ x, M6 u9 s7 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。
8 C& h8 L a5 z! D+ o2 |, P2 K. Y% E
+ l/ i1 H& W1 ?" O; T4 E
典型熔盐堆示意图: A6 _1 [( `- g. P! E4 }8 q0 C
l2 E: U1 n; k7 k& @- t$ m
+ G g+ P6 p% J; t) D中国熔盐堆示意图 ?5 W; ?* x% @1 S# ^3 I5 Y! S
, q; C! r, z1 j: p2 N' 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: O* s+ r. l1 B
' W, n& G( k/ n2 ?% S/ d: f2 i5 I
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。
2 P6 u9 V8 r# h. a& Q o9 G( K! G) d( X, `- s
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。
- h' Z# J: g! a, e% `; y( y
8 h7 ~# `9 z( a; h5 |) Z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。
# Z$ W3 }& n& A
7 @- J8 n1 x( I8 Y+ Y1 U: k3 @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。
9 ?# f9 N% Q# r- E' n% u Z% j! W3 r5 C" z. ?& U+ T
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。( @; n. Q a( ^% T
, A- l- O5 T- j0 [. U7 u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。( c+ u- z6 I! @- Y, R# m; k3 h
* ^3 n( l7 a9 `2 T
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。$ D" _ n* j# B7 n
7 p$ Q' [7 i" v/ c! ^
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。2 K% H2 a$ b+ m4 Q4 G
" a+ ~) q5 ^" G. W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。3 A7 i. S( o2 D* a2 ?& y
/ m6 w9 M1 e3 h3 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？$ Z! F/ l g2 H8 d; j/ W3 R2 b
& \. | @8 q9 w+ ^/ m
用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
7 W7 X9 K1 K. \3 G" v: v# m( r
. S& a: p3 z! ?% 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
