中国设计了一款核动力集装箱船,结果设计的太好了,国外都羡慕哭了,它就是全球最大核动力集装箱船型。
福建舰被正式命名时,网友们都在说:早提早享受,晚提核动力。也就是那个造福建舰的江南造船厂,最近又有大动作,发布了全球最大核动力集装箱船的船型设计,排水量约24万吨。
整船采用了综合全电力推进系统,双电机双轴桨双舵,就问你惊不惊喜,意不意外?这集装箱船都上了“核动力+综合电力系统”的配置,难道是不够先进,可以展示了?那未来航母上会用什么,我想都不敢想。其次,更大的惊喜是,这船的“心脏”是第四代熔盐堆,彻底解决传统核反应堆的安全问题,15-20年更换一次“电池”,更换难度和耗时远远低于传统核反应堆,甚至可以边运行边换,只能用四个字概括:遥遥领先。
这个第四代堆型熔盐反应堆,是咋回事吗?
其实啊,人类文明的本质是:烧开水。这也是前三代核反应堆的基本原理,通过铀的裂变反应,产生大量的热能,加热水蒸气,带动涡轮进行发电。在这个发电过程中,前期导热,后期散热,都需要用到水,这就会产生很多核废水。
如果核反应堆出现了故障,由于堆芯里,有中子的存在,链式反应并不能立马停止,这就需要不断地灌水,来进行冷却,否则在持续的高温下,核反应堆会被融化掉,同时产生氢气,导致爆炸,造成核泄漏,福岛核事故和切尔诺贝利核事故就是如此。前三代核电站,都无法根本解决这个安全问题。
为了彻底解决这个问题,2000年,美国拉着10多个国家开了一个会,提了6条技术路线:熔盐堆、超高温气冷堆、超临界压水堆、气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆。那结果如何呢?
其他国家都还没啥动静,中国就至少搞成了两套方案,其中一个是超高温气冷堆,这个最近已经并网发电,投入商业运行,在山东石岛湾,完全自主产权,全球首个,我们以后细说;另一个就是熔盐堆,全称是钍基熔盐堆,此前在甘肃省武威市正式投入运营。
这两种第四代核电站的投入使用,意味着我国已经彻底解决了核电站的安全问题。而这次用在集装箱船的“心脏”,用的就是钍基熔盐堆,当然肯定是要被小型化的。
钍基熔盐堆用“钍-232”作为核燃料,它不像传统核反应堆那样需要用“水”来冷却,而是依靠“复合型氟化盐”作为冷却剂。核反应的过程大概是这样的,首先吸收中子变成钍233,然后经β衰变成铀233,最后裂变释放能量。如果发生故障,由于钍-232对于中子并不敏感,不会像铀那样持续发生链式反应,具有非常好地稳定性。不仅如此,发故障时,装置底部的冷冻塞会融化,复合型氟化盐带着核燃料就流进了底部的应急储存罐中,此时核反应就会停止,不会出现超高温,也不会爆炸,更不会发生核泄漏,全程也不需要外界的干预。所以说,钍基熔盐堆的安全性是前所未有的。
除了安全,用“钍”也有其他的好处,首先是我国铀储量其实很少,但“钍”的储量非常多,已探明的储量达到了30万吨以上,是“铀”储量的3倍,用诺贝尔物理学奖获得者卡罗卢比亚曾说,
按照目前的电能消耗来算,如果用钍来进行发电,中国钍的储量能够保证未来许多个世纪的发电供应,大约可以使用两万年。
其次,产出的核废料很少,还不到传统核反应堆产出核废料的千分之一,而且用的也不是水,而是复合型氟化盐,不需要在江河湖海旁边,运用场景更广泛。
最后就是在同等条件下,一吨“钍”燃料经过闭环使用,提供的能量相当于200吨的“铀”。
估计有人就想问了,这么好用,为什么其他国家不弄?
其实用“钍”来作核反应燃料的设想,最早是美国人在上世纪40年代末提出来的,他们还进行了相关研究。不过,在技术还停留在第一代核电站的阶段,美国就砍掉了项目。也就是说,美国当年吹过牛,结果美国放弃了,被中国实现了。印度是钍堆的老玩家,也搞了70年,建了60多座核电站,也就勉强达到第三代核电站的水平。所以,并不是他们不愿意搞,着实是没搞出来。
如果有人就要问了,钍基熔盐堆到底难在哪?
其实最难的是材料,“复合型氟化盐”,具有非常强的腐蚀性,这意味着传输管道需要在高温、高应力和高辐射环境下,保持稳定,还得兼具超强的耐腐蚀性。我国是在2014年攻克了这个世界级难题,成功研制出了“GH3535合金”,才扫除了阻碍。
而这次是把钍基熔盐堆搬到船上,这不仅说明了之前武威市的钍基熔盐堆运行很成功,还意味着我国具备了把钍基熔盐堆小型化的能力。所以,未来我们很可能会看到越来越多的核动力舰船。