什么是钍基熔盐堆,它能装到核动航母上吗?这可能是很多军迷都想知道答案的一个问题。钍基熔盐堆,是这几年出现频率很高的一个词,也是最新一代的核反应堆当中的一种。
我们现在正在用的,也是比较成熟的核反应堆,大多是压水堆,燃料是固体铀棒,水是冷却剂。为了避免水在循环系统中沸腾,就需要把管路的压力加到很高,一回路加到150个大气压,水到了340度依然可以不沸腾。二回路低一半,70个大气压,温度也降低到260度。内部压力高,又需要有防辐射的屏障,压水堆就不可避免的,会有一个非常厚的壳体,整个反应堆就变得很重。有多重呢?就直接说航母上的吧,尼米兹级上的A4W,单堆重达635吨,两个堆加起来,能顶一艘小军舰的排水量了。而且,压水堆还有隐患,一旦管路破损,就有爆炸的风险。
熔盐堆就不一样了,冷却剂不是水,而是热容量更高的熔盐,同时,核燃料也溶解在这个熔盐当中。熔盐是什么样子呢?咱们可以想象一下岩浆。因为热容量高,那就不用加压了,可以在常压下运行。所以,相比传统的压水堆,熔盐堆在安全方面,优势很突出,没有了内部的高压,爆炸的隐患就小多了,也不用搞个厚壳,在理论上,体积就可以做得更小。注意啊,到这里说还是熔盐堆,没有加钍基两个字。其实很多人可能会认为,熔盐堆就是钍基的,实际上也有过铀基和钚基的,美国曾经在六七十年代搞过。
但现在为什么好像都是钍基了呢?因为钍这种元素,虽然本身并不能直接裂变,但它具有增殖的性质,被中子击中,会变成铀。简单的讲,钍232 吸收了一个中子,变成钍233。钍233不稳定,会发生一次β衰变,变成镤233。镤233 再经过大约 27天,又会经过一次β衰变,变成了铀233。铀233就是可以裂变的核燃料了。然后这个过程还可以接着循环起来,铀233裂变又会放出中子,中子再轰击钍232,又转化出新的铀233,这就是钍-铀闭式燃料循环。不过,最初的中子不能凭空产生,所以需要少量的铀235或者钚来充当点火源,启动这个过程,就像冲压发动机需要用火箭助推器来启动一样。
这就让钍基熔盐堆的燃料利用率,变得更高,压水堆只能烧掉铀棒当中的一部分。因为燃料棒里的铀是有定数的,被消耗掉一部分后,浓度就低了,中子就越来越难以击中铀原子,当击中概率下降到一定程度时,裂变反应就不能维持了。这个时候,尽管铀还剩一部分,但也不得不进行更换,然后就只能被当作核废料处理了。钍铀循环的利用率就高多了,一边裂变,一边生产,直到烧完为止,有点魔术的感觉。而且,钍的储量很丰富,大约是铀的三到四倍,很多稀土矿开采的副产品就是钍,获取潜力大,成本也更低。
既然有这么多优点,那就赶紧用啊,为啥还停留在试验阶段呢?好处虽然多,但难处也不少。首先就是材料,熔盐堆的压力是小了,但温度高啊,而且熔盐腐蚀性又极强。堆内的管道、容器,常年都泡在高温熔盐里,每天24小时不停的过岩浆,需要研发专门的耐腐蚀合金,还要长期验证寿命。其次是熔盐的控制和处理,核燃料直接融化在熔盐当中,反应堆的结构是简单了,但需要不断的把裂变产物过滤出来,留下足够浓度的燃料,中间产物镤 233还有个27天的衰变,所以实现起有难度。
第三,就是运行经验太少。我们的钍基熔盐堆,只在陆地上进行过试验性质的运行,要保证稳定的长时间运行,还需要一点点的积累经验和数据,验证可靠性,这些都是急不得的。现在,就可以来回答这个问题了,钍基熔盐堆能不能用在核动力航母上呢?理论可行,但短期内上舰不现实。因为在航母上用,比在陆上用,要求还会高很多。陆地上的堆,固定不动,场地也够大,维护条件好。航母在大海上,会摇晃会颠簸会震动,还有盐雾腐蚀和可能的战损,空间更加狭小,维护条件也更受限制。航母内部寸土寸金,堆芯,配套的管路、循环系统、净化设备,全都要塞进去,又不能随便停机检修,很多配套技术,也没有经过长时间和极端条件下的考验。
现在成熟的舰用压水堆,已经有了几十年的使用经验,从制造、运行到维护保障、故障处理,整套体系早就摸透了,成熟得很,可靠性很高,所以仍然是当下核动力航母的首选。这种关键性的武器装备,要的就是一个稳,尽量不用没有完成验证的新技术。当然,这些难点,未来肯定会突破,下一代的海上核动力平台,或许就能看到钍基熔盐堆了,但目前它还不是合适的选择。大家心里着急,是可以理解的,但同时也要按基本法办事,不能为了追求纸面数据的好看,而埋下隐患,咱们可不能学印度人啊。
热门跟贴