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向全世界宣告,中国建造了全电力驱动、熔盐堆的世界上的核能船舶

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编辑丨释一刀

江南船厂在上海举行了全球第一艘24000 TEU级核动力集装箱船的发布会,这一划时代的技术成就,必将在世界船舶发展史上留下浓墨重彩的一笔。


两万四千 TEU的吨位,很多人都不知道,这艘航空母舰的长度是399.99米,福特号航空母舰的长度是332.85米,它的甲板有四个足球场那么大,最大载重是二十四万吨。

熔盐堆登船

但这并不是最让人震惊的,最让人震惊的是,这是世界上第一个将熔盐堆投入到太空中的聚变堆中,熔盐堆的性能十分出色,比如耐高温,导电性好,可以溶解各种物质等等。熔融盐的诸多优异性能与新能源的发展方向相吻合。

核能技术的跨代升级,其实并不像很多人想象中的那样,最早的一代核能技术,其实就是上个世纪50-60年代初研发出来的一座原型反应堆;第二代核电厂是在1960年代末至1990年代初期发展起来的大型商业核电厂;而第3代核电站则是使用标准化、优化设计以及高度安全的无动力安全系统的更高级的轻水核电站。


而第4代核电厂则要求核心不会出现严重破坏,并且保证不会从外部泄漏出来,也不会有外部反应。这也就意味着,哪怕是地震、海啸、飓风之类的自然灾害,第四代核电站也能保持足够的安全。

目前,世界上已确定的第四代反应堆主要有气冷快堆、铅基合金液态金属冷却快堆、液态钠冷快堆、超临界水冷堆、超高温气冷堆等。


熔盐堆的优点是什么?

目前,核电厂普遍采用的是轻水堆。然而,尽管轻水堆能够达到最终的发电目的,但仍有一些亟待解决的问题,如燃料棒的替换与贮存、反应堆过热熔化等。熔盐堆相对于轻水堆有更多的优点。

熔盐堆可划分为固体钍基熔盐堆和液体钍基熔盐堆,其主要特点是钍基燃料的使用、熔融盐的冷却、以及高温度下的核能综合利用等三大特点,即钍基基熔盐堆。


熔盐堆可以在近常压下运行,熔融盐的沸点极高,在工作过程中几乎不会产生水蒸气,所以不会发生蒸气爆炸,也不会发生什么意外,因为一旦反应堆内部的温度升高到一定程度,它的底部就会融化,所有的熔融盐都会被放入紧急容器中,让核反应停止,反应堆的冷却速度也会随之降低。而复合氟化盐用作冷却剂,冷却后凝结成固体,几乎不会泄漏,也不会对环境造成污染。针状结构的放射性比铀要小得多,通常针状结构的反应堆只会产生极少量的放射性废物,不到铀和核反应堆的千分之一,对人类造成的伤害也会大大减少。

所以它的安全性、经济性都很高,并且传热效果也很好。而江南造船厂之所以提议将熔盐炉安装在自己的飞船上,就是因为它的体积太小了。


压水堆通常用于航空母舰等舰船,其规模巨大,结构复杂,管道尺寸超过30个,阀组超过200个,主泵超过20台,占地面积远大于常规燃气轮机。所以,为了给核反应堆腾出更多的空间,一艘核动力航空母舰不得不舍弃部分功能。当一艘航母在运转的时候,它需要超过60个工人来观察它,所以反应堆的工作人员非常多。

美国人曾经考虑过,福特号上的阀门,管路,初级泵等等,几乎都被削减了一半。它的蒸汽生热系统所用的阀门不足200个,道尺寸也仅8种。这些改进不仅简化了反应器的建造,而且还降低了维修和人力的需求,并且使系统更加紧凑,体积更小。但在实战中,失败率就更高了。


而熔盐堆则不存在这些问题,它的结构简单,结构紧凑,体积小,操作灵活,且能达到零排放。

小结

另外,整艘船全部由电力驱动,两个马达,两个轴,两个舵轮,具有较大的装机功率,较高的速度和较好的机动性,在“换电”的方式下,每十五到二十年就可以换一次“电池”。

可以说,24000 TEU级核动力船舶在江南船厂已经成为必然;中国上海应用物理所自主研制的2 MWt液体燃料钍基熔盐熔盐堆是目前世界上仅有的,也是世界上目前世界上仅有的一座钍基熔盐堆,也是目前世界上仅有的一座成功运行的钍基核燃料(UU-233)。


马伟明院士在中压直流全电推进技术上,比欧美先进了整整一个时代,所以江南造船厂的24000 TEU集装箱船,是对中国已有的先进技术的一次全面集成,也标志着中国造船业的发展进入了一个全新的阶段。

有了这一次的生产经验,中国还能把其中的一些技术应用到中国的战舰和航母上,帮助中国海军的发展。

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