在2023年12月举办的中国国际海事技术学术会和展览会上,我国江南造船厂官宣将生产全球最大的核动力船,即KUN-24AP型核动力集装箱船。

该核动力集装箱船长度达到400米,可以装载2.4万个集装箱,预计一次性可以运输24万吨的货物。

对于这个世界上最大也是第一款核动力集装箱船,有军迷表示秒懂,并认为江南造船厂在造了福建舰后还有惊喜,要生产中国的核动力航母。

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KUN-24AP型核动力集装箱船的概念图

核反应堆问题

对于江南造船厂的这艘核动力集装箱船以及我国的核动力航母,我们需要先了解一下这艘集装箱船的核反应堆问题。

目前市面上的核动力船只,不管是核动力航母还是核动力破冰船,基本用的都是压水堆(早期核动力船用的是沸水堆)。

但是江南造船厂的这艘核动力集装箱船,用的是钍基熔盐堆。

钍基指的是它的核燃料材质,常规核反应堆都是用铀元素作为核燃料,但是该反应堆用钍作为核燃料。

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常见的铀元素裂变反应

常规压水堆以轻水作为热传导介质以及一回路的冷却液,在技术上通过对轻水的加压提高它的沸腾温度,使得轻水不沸腾(和沸水堆最直接的区别),从而提升它的热传导效率。

熔盐堆则相当于把压水堆中的轻水换成了高温液态熔盐,以高温液态熔盐作为核反应堆的热传导介质以及冷却液。

和传统压水堆相比,熔盐堆更加安全、热传导效率高,并且耗水量更少。

常规核反应堆中的轻水或重水,只能在一回路中充当冷却液的作用。

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压水堆结构图

到二回路系统时,还是要用不参与热传导的水作为冷却液,这也是为什么常规核电站都建在海边或者大河边。

但熔盐堆中的熔盐高度参与热传导工作,能够将一回路系统中更多的热量带出来并传递到以发电机组为核心的二回路系统中,所以不再需要额外的冷却液。

因此中国,乃至全球的首个熔盐堆,直接建在了甘肃武威这样的内陆干旱地区,未来这些熔盐堆还可能进驻新疆的沙漠地区。

不过熔盐堆也不是没有缺点,那就是技术门槛太高。

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钍基熔盐堆概念图

中国的钍基熔盐堆以钍作为核燃料,在实际产生能量的过程中靠的还是铀。

钍基熔盐堆中的钍通过中子轰击,从钍232变成了钍233,经过β衰变变成铀233后参与链式反应。

这个过程相较于直接用铀元素的压水堆多了一道工序,而这道微观层面的工序带来的是数不尽的技术难题。

并且这是人类第一次商用钍基熔盐堆,所以还会不会出现什么新的问题,也是目前我们不了解的。

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中国为什么搞钍基熔盐堆

现在问题来了,钍基熔盐堆在技术上门槛更高,中国为什么还要搞钍基熔盐堆?

其中有两大原因。其一是经济原因,中国是一个贫铀国,却是一个富钍国。

地球上的钍主要集中在南亚次大陆,由此印度的钍储量排世界第一,中国靠着主要集中在云南的钍矿,在钍储量上排世界第二。

第二大原因就是安全原因了。常规压水堆直接使用铀作为核燃料,而铀核反应堆是能自己进行裂变反应的。

一旦核反应堆失控,很容易出现核反应堆熔毁的问题。

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福岛事故就是核反应堆失控导致堆芯融毁

钍基熔盐堆虽然多了一道将钍232变成了钍233,然后让其β衰变变成铀233的工序,但也因为这道工序,使得钍基核反应堆更加可控和安全。

因为要让钍232变成了钍233,需要用中子源不断轰击钍232。

一旦出现事故,只要快速撤掉中子源,整个核反应堆就会冷却下来。

钍基熔盐反应堆出现事故,最恶劣的情况也不过是出现一些带着高辐射的固体钍块,根本不会出现福岛核电站这种核反应堆直接融进地心,然后不断产生核污染水的情况。

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福岛核事故

在这种基础上,中国的核动力船用钍基熔盐堆,自然是比用压水堆更好的选项。

目前只有中国成功造过能用的钍基熔盐堆,自然也只有中国有资格把钍基熔盐堆搬到船上去。

在江南造船厂已经决定造钍基熔盐堆的核动力集装箱船的情况下,中国的核动力航母也可能用的是钍基熔盐堆,这将是比美国福特级核动力航母的核反应堆先进至少一代的动力系统。

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福特级航母用的依旧是压水堆

钍基熔盐堆可能带来全核动力舰队

并且钍基熔盐堆在军用路线上有一个非常显著的优势,那就是它可以小型化。

可以小型化也就意味着可以用在护卫舰、驱逐舰等“小型舰艇”上。

当年美国尝试过搞全核动力舰队,把舰队里面的巡洋舰和驱逐舰全换成核动力的。

但一来这样的舰队成本爆炸,二来核动力巡洋舰和核动力护卫舰,在战斗力上反而比常规动力更低。

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美国的全核动力舰队

因为核反应堆体积太大,会严重挤占军舰上的空间。在10万吨级的航母上核反应堆的体积问题还不显著,但在排水量只有4000~8000吨的护卫舰和巡洋舰上,核反应堆的体积问题就相当要命了。

所以之后美国也只造核动力航母,上世纪60年代搞了一次核动力舰队后,就再也没有尝试过。

然而中国的钍基熔盐堆带来了变数,如果它真的能上船,那么凭借其小型化的优势,是可以用在护卫舰和驱逐舰上的。

这也就意味着中国之后可能生产核动力054型护卫舰和核动力055大驱。

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中国未来的驱逐舰可能是核动力的

并且这样的核反应堆还可以广泛运用于像补给舰这样的船只上,让补给舰之后只承担补给弹药、燃油和淡水的任务,不必携带大量燃油。

这对中国舰队的巡航能力来说,是一次彻底的革命。