势不可挡傲视群雄，中国第四代核反应堆高温气冷堆和钍基熔盐堆比翼齐飞

jxljw · 发表于 2024-1-8 12:03:47

不过终极能源还是需要核聚变，其他只能是聊胜于无

中国核工业传来了两个引人注目的消息。第一是江南造船集团在2023年度国际海事技术学术会上发布了一个核动力集装箱船的船型设计。第二是山东荣成的高温气冷堆正式投产，成为世界上首座第四代核电站。这更是个有历史意义的事件。
如果能够造核动力商船，那么也应该有能力造核动力航空母舰。所以这次核动力集装箱船的消息引发了广泛的遐想，舆论的热度比山东的高温气冷堆还要高。而江南造船说明了这艘核动力集装箱船要采用钍基熔盐堆，那么大家就自然有疑问，中国在已经研究开发了高温气冷堆的情况下，为什么又要发展钍基熔盐堆？
极简答案：两种堆各有各的好处。
那么，这两种核反应堆各自有什么好处？
在解释这个问题前，让我们先看看这两个堆的概况，哪一种堆更先进？
答案：两种核反应堆一样先进。高温气冷堆和钍基熔盐堆都属于第四代核反应堆。效率高，安全性好。
效率高：这两种堆的热效率都可以达到45%左右，远期有希望达到50%。而目前的第三代主流核反应堆，热效率大致就在30%左右。这两种堆的出口温度都达到750度，而目前普遍使用的水冷反应堆出口温度只能达到330多度。温度越高效率越高，这个不难理解。
温度高了以后还有另外一个好处，就是现在新能源领域非常热门的一个话题：高温制氢。
现在有很多工艺可以在这个700多度的温度下高效制取氢气。氢气不仅自己很有用，而且可以用来生成其他干净的能源或工业原料，如甲醇、乙醇和甲烷等。而大家当然又不愿意用烧煤烧油那样的污染比较大的办法来获得高温。这样，用核能来制氢就很受业界青睐。而三百多度的压水堆显然就做不到这一点。
安全性好：这两种堆都是自主安全。也就是说，如果出了核事故，这两种堆在管理人员不做任何事情的情况下，都不会压力剧增，引发爆炸。而是自动停堆，慢慢冷却。
关于这一点，中国已经做过实际的试验。2004年9月，清华大学核研究院邀请了30多个国家的60多名核能专家和国际原子能机构的官员前来参观（当时的10兆瓦高温气冷实验堆）。上午10点08分，工作人员故意停掉了冷却风机，控制室内马上警报大作。这要是在传统的核电站，接下来发生的就是切尔诺贝利或福岛那样的核事故，在场的大家都要完蛋，当时的场面绝对是十分刺激。但实际上是有惊无险。
这两种堆又有什么不同之处？
首先，这两种堆用的原料不一样。高温气冷堆用的原料和以前的反应堆一样（但是要加工成不同的材料）。钍基熔盐堆用的是钍，是不一样的矿。而钍的资源储量据估计是铀的三倍，所以这是钍基熔盐堆很吸引人的一个地方。就像石油和煤各有各的用途一样，高温气冷堆和钍基熔盐堆也是主要呈现一种互补的关系。
高温气冷堆用氦气做介质。气体体积大，所以高温气冷堆体积比较庞大。这在陆地上没什么问题，但是用在舰船上就不现实。而钍基熔盐堆正好相反，熔盐的密度不仅比气体密度高，比水的密度也高，所以它体积紧凑，很适合装在船上。钍基熔盐堆上船的优缺点如何，我写过一篇原创，分析了钍基熔盐堆有可能比现在美国航母上的核动力反应堆的勤务性更好，而且是好得多：

但要注意，这是远期，钍基熔盐堆还处在发展的早期。在甘肃的试验钍基熔盐堆今年（2023）才开始试运行。功率2兆瓦。作为比较，山东荣成的高温气冷堆的功率是200兆瓦，比甘肃的大了100倍。现在主流核电站的功率一般是600-1000兆瓦，山东的还是小了点，所以官方称之为“示范电站”，成功运行、积累经验，以后再设计更大的。

既然钍基熔盐堆的好处看起来比高温气冷堆要多，那为什么高温气冷堆进度比钍基熔盐堆要快很多？
道理很简单，因为钍基熔盐堆的难度要比高温气冷堆高不少。大家都有这么个常识，被水泡过的车会受到很大损伤。尤其是被海水泡过的，因为海水里有盐分。那么大家就不难想象，钍基熔盐堆里面有温度接近上千度的熔融的盐分，这个腐蚀性有多强了。
所以钍基熔盐堆的容器和管道要能够承受腐蚀性这么强、温度又那么高的岩浆一样的盐分，难度有多高了。不过好消息是甘肃的钍基熔盐试验堆已经经过了半年左右的运行，情况良好。也就是说材料上基本已经过关，没有什么不可克服的难题了。
对比两者的进度，高温气冷堆大致比钍基熔盐堆早了15年左右。但是，今天中国的科研实力比15年前强了很多，所以钍基熔盐堆以后的进度应该会快不少。不过要想用在航母上，这几年是来不及了。

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