我们听说中国要建造一艘6.5万吨级的常规电动炸弹航母,现在有传言说要建造一艘10万吨级的核动力航空母舰。 这不是矛盾,而是两者兼而有之,两者都不是。 这不仅形成了高端和低端的结合,而且在关键的过渡阶段也保证了足够的数量。 数量本身也是一种质量。
2024年,在中国国际海事技术学术会议暨展览会上,中船江南造船展示了全球首艘、全球最大的24000TEU核动力集装箱船型,并获得挪威船级社(DNV)原则上批准证书。
这一消息引发了人们的疑问:集装箱船真的需要核电吗?各国商港会允许它进入吗?
也有敏感的人立即想到:这可能是核动力航空母舰的伪装。 不过,也有热心人士指出,燃料更换周期只有15-20年,航母的飞行率会受到影响。
也有疑问:钍堆的功率密度低,船的体积和重量会很大。
这些都是合理的怀疑,但有一个但是。
核反应堆的主流是铀反应堆,主要反应堆类型是压水反应堆。 为了防止水在循环管道中沸腾,管道压力要很高,一次回路的压力为150个大气压,使水在343C时不能沸腾。 二次回路的压力下降到70个大气压,温度也下降到260°C。 相比之下,发电的超临界装置可以达到高达250个大气压的压力和高达500°C的温度。 很明显,压水堆在自然界中限制了工作温度和热效率,并不理想,但却是最成熟的。
由于工作压力高,放射性屏障,压水堆的外壳非常厚重,没有任何先进的技术可以改变这个问题。 尼米兹级的两艘A4W压水堆各重635吨。 如果钍堆由于功率密度低而更重,则确实是一个问题。
钍堆潜力巨大,但仍在研究中,目前还没有商业运营的钍堆,更不用说船上钍堆的例子了。
钍桩有熔盐桩和卵石床桩,现在主流是熔盐桩。
熔盐堆,顾名思义,就是使用熔盐。 熔盐与火山岩浆一样,具有很高的热容量,是良好的传热介质和热载体。 熔盐反应堆的种类很多,钍燃料可以制成传统的燃料棒,但主流是将钍燃料溶解在熔盐中,因此也被称为液体燃料。 燃料熔盐可以回收利用,即钍燃料在反应器中“燃烧”然后流出,经过化学处理,然后返回反应堆参与“燃烧”。或静态,密封在反应器中,仅在反应器中循环。
典型熔盐反应器示意图。 制冷阀是本质安全的关键,一旦核反应失控,熔盐温度过高,制冷阀熔化,燃料熔盐自动流入应急卸料罐,反应堆堆芯反应自动停止低放射性钍燃料不足以自维持链式反应,而且由于熔盐的冷却,它还在罐内自动凝固,不会造成泄漏和放射性危害。
中国熔盐反应堆示意图。
冷却总是用熔盐完成。 燃料熔盐流构成一次回路,冷却熔盐流构成二次回路,然后由热交换器加热第三回路,第三回路的工作介质可以是水、二氧化碳、氢气等。 在江南造船的设计中,三回路采用超临界二氧化碳驱动发电机。
铀燃料棒需要一定的丰度才能持续足够长的时间,“尼米兹”级的燃料交换周期为24年。 普通铀堆配低浓缩铀,曾经**,只是一枚脏弹;“福特”级使用高浓缩铀达到**浓度,一旦**,它就是真正的原子弹,但它可以使用50年而不更换燃料,基本上使用到退役不更换燃料。 因此,铀燃料棒全部密封在反应堆中,更换燃料很麻烦。
但是,无论钍基熔盐反应堆是循环的还是静态的,燃料熔盐都可以流动,因此在不切割反应堆的情况下,添加和更换钍燃料比铀反应堆容易得多。 钍燃料的放射性也远低于铀燃料,即使是铀-钍混合燃料,也是少数低浓缩铀和大部分钍。
也就是说,虽然15-20年不如给汽车加油那么容易,但不需要像RCOH那样费时费力,动不动就“停”在码头上3-5年。
由于压力和本质安全(无铁芯熔化)的显着降低,外壳重量可以显着减轻,抵消了功率密度降低的缺点。