|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-12-15 08:15 编辑 % i( ?/ Y, p# v) a6 K. s
% h) G5 ]$ l) W* F* U9 K1 G8 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。0 _( F# C4 T, v. g
# k, I6 ] ?+ v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？
. b& s% X$ A0 P8 m1 [
* R3 g$ B0 N8 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。
$ F# D2 s9 u. @" ?- e! W
+ C" V3 Y1 x$ D还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。
0 D0 \- _% J" ?4 y0 Z$ e
4 a) G G$ x0 }这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。
4 u o% e! u$ R+ `0 m
7 `1 I6 @4 O- U! L6 F5 R; V# o7 c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。' o3 ]& [ g3 G; Y: R/ i
/ h* y+ T7 H' z: {) x5 L
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。
. a! r0 B/ X# j( x0 [
/ J$ \9 \, F( j; A- E: n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 O6 c. t7 s, V( q3 ^7 z5 Z
1 m* z" d2 N- b' l( m/ `钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。( V; Z7 f/ {- n) G
- C$ R/ x1 q3 X/ L8 d& A2 ~1 }; A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。" c$ T3 j& ?. i9 `$ W7 L% |
# u! L& _0 p7 y0 P
$ s$ i$ ~8 w4 |4 a, x: J
典型熔盐堆示意图
& Q9 W; @$ y+ |( ~) X1 b! w) y# l7 F' e: z* L6 ?
; R- D7 h3 t w
中国熔盐堆示意图$ v- e( t, Q' p0 m" h0 P
! K) g0 r# V, ]* x2 `8 m6 _. u
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。7 | o6 y b, S- t9 L2 S5 a
2 O/ O' o6 b$ ?7 U/ {
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。9 ]% @: ^1 M C* A3 A
% A" [' d0 f% C4 {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。
1 V* w( W4 I3 V V7 Y; o8 p8 v U4 A% P6 d1 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。 w3 E$ T& K" l0 l/ s' z- H
' ]8 K! v! U/ h" l' { l8 ~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。
3 b+ q7 q8 \6 j' M3 l* Y8 C! |+ s8 k4 A" ]- 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。; S; j/ `( B1 |, R! f& ?# `
+ ~4 u# l" }0 o+ T9 _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。4 ~7 ?/ G9 y) x
. @" a$ x- N6 N% v/ r# ~* I: 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。/ D$ u1 D9 Z$ B+ g
$ z" c- T( d0 \+ E; I) X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。5 r4 W4 P2 [( c/ V
7 O8 R6 |5 C& _7 ?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。/ O" `5 j' C! f! c
) V6 u1 q0 E) B* n/ 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？
; H& b$ }1 w# U _5 D" s: T \
9 ?7 S4 U" x, d2 |2 A9 A用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。
% ]( O/ s, E7 c6 Z: ~+ i' L& X) o4 y
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
1 T2 ~ j; h0 F( h
