钍基液态燃料熔盐堆：中国10万吨核动力航母的关键词_风闻

呃，不是刚说要大造65000吨常规电弹航母，怎么又说10万吨核动力航母了？没错，这是既要又要，不是非此即彼。不仅形成有用的高低搭配，还在关键的过渡期就形成足够的数量。数量本身就是质量的一部分。

在不久前的2023年中国国际海事技术学术会和展览会上，中船集团江南造船发布了全球首型、世界最大24000TEU级核动力集装箱船船型，并获得挪威船级社（DNV）颁发的原则性认可证书。

消息传出，人们将信将疑：集装箱船有必要核动力吗？各国商港让进吗？

也有敏感的人们马上意识到：这可能是核动力航母的幌子。但马上有敏锐的人们指出，换燃料周期只有15-20年，在航率会成问题。

还有人质疑：钍堆功率密度低，上舰的体积和重量太大。

这些都是有道理的质疑，但是还是有一个但是。

核反应堆的主流是铀堆，主要堆型是压水堆。压水堆用水作为冷却剂，为了避免水在循环管里沸腾，管路压力需要很高，一回路压力在150大气压，可保证水在343C下依然不沸腾。二回路的压力降低到70大气压，温度也降低到260C。相比之下，发电的超临界机组可达250大气压，温度高达500C。显然，压水堆在本质上限制了工作温度和热效率，并非理想，但是最成熟的。

由于工作压力很高，加上放射性屏障，压水堆的壳体非常厚重，什么先进技术也回避不了这个问题。“尼米兹”级的两台A4W压水堆各重635吨。钍堆如果因为功率密度低而更加笨重，确实是大问题。

钍堆很有潜力，但现在还在研究中，并无商业运作的钍堆，更无钍堆上舰的先例。

钍堆有熔盐堆和球床堆，现在的主流是熔盐堆。

熔盐堆，顾名思义，采用熔盐。熔融状态的盐在形状上好像火山岩浆，具有很高的热容量，是非常好的传热介质和载热体。熔盐堆有多种形式，可以将钍燃料做成传统的燃料棒，但主流是将钍燃料溶解于熔盐中，所以也称液体燃料。燃料熔盐可以是循环的，也就是说，钍燃料在反应堆里“燃烧”后流出，通过化学处理、去除杂质后，再次流入反应堆参加“燃烧”；或者是静态的，封装在反应堆内，只在堆内循环流动。

典型熔盐堆示意图。冷冻阀是本质安全的关键，一旦核反应失控，熔盐温度过高，冷冻阀融开，燃料熔盐自动流入紧急排放罐，堆内核反应自动停止；低放射性的钍燃料不足以自我维持链式反应，在罐内也由于熔盐降温而自动凝固，不会造成泄漏和放射性危害

中国熔盐堆示意图

冷却总是用熔盐。燃料熔盐流动构成一回路，冷却熔盐流动构成二回路，然后通过换热器加热三回路，三回路的工作介质可以是水，也可以是二氧化碳、氢气等。在江南造船的设计里，三回路用超临界的二氧化碳驱动发电机。

铀燃料棒需要一定的丰度，才能使用足够长的时间，“尼米兹”级的换燃料周期为24年。普通铀堆用低浓缩铀，一旦爆炸，只是脏弹；“福特”级用高浓缩铀，达到武器级浓度，一旦爆炸，就是货真价实的原子弹，但可以50年不用换燃料，基本上就是可以一直用到退役都不换燃料了。因此，铀燃料棒都是封装在反应堆内的，换燃料很麻烦。

但钍基熔盐堆不管是循环的，还是静态的，燃料熔盐是可以流动的，因此添加、更换钍燃料比铀堆要简单得多，并不需要切开反应堆。钍燃料的放射性也比铀燃料低得多，即使是铀钍混合燃料，也是低浓缩铀占小头，钍占大头，放射性与压水堆的固体燃料棒不可同日而语，也有利于更换、添加钍燃料。

也就是说，15-20年“加一次油”虽然不像汽车加油那么云淡风轻，但不需要像RCOH那么大动干戈，动辄3-5年“搁浅”在船坞里。

由于压力大大降低和本质安全（不可能出现堆芯烧熔），堆壳重量可以大大降低，对冲功率密度降低的缺点。

但熔盐堆的好处也是显然的。根据公布的数据，甘肃武威的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆燃料熔盐的进口温度为630C，出口温度为650C；冷却熔盐的进口温度为560C，出口温度为580C。显然，热工参数大大高于压水堆，达到超临界发电需要的温度，即使三回路“烧水”，也可以达到工业热电级的热效率，而不是传统核电相对“温吞水”的热效率。

高得多的热工效率也意味着更加紧凑的动力机组，同样对冲钍堆功率密度低的缺点。

钍燃料还有价格大大低于铀燃料的优点，来源丰富，现在是当作采矿废料抛弃的，要处理还嫌低放射性麻烦。但钍其实是宝，只是以前没法利用起来。

也就是说，钍基熔盐堆可能是舰船核动力的新方向，比“福特”级的高浓缩铀堆要先进一代。这不是画饼充饥，江南已经在强烈暗示了。

从理论上的先进到实用上的先进，需要实验堆，尤其要在实践中认识熔盐的腐蚀性和解决办法。“可巧”，国家核安全局在6月颁发了甘肃武威的2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆的运行许可。据报道，接下来首先要进行一段间隙运作，然后过渡到连续运作，实验堆的设计寿命8-10年。在时间上，赶得上005吗？不知道。005需要赶吗？也不知道。

武威钍堆当然是为和平利用原子能而设计运行的，但谁说不能民转军呢？

用到核动力航母的话，那就真是领先美国一代了。

核动力航母海试有必要的。核动力的无限航程其实不重要，舰载机的燃油、护航舰队的燃油都需要补给，光核动力航母自己裸奔是没用的。电弹也不是只有核动力才能提供的，003就不是核动力。电弹需要的是很大的峰值功率，这要靠储能解决，而不是发电能力。核动力解放了大量的空间和容积，可用于舰载机燃油和弹药，这是实质性提高战斗力的。

常规动力到85000吨就差不多到头了。更大的吨位对常规动力的压力太大，大量增加锅炉将过度占用舰上的吨位和容积，得不偿失。美国在60-70年代早就研究过这个问题。但更大的吨位是需要的，甲板更加宽大，出动率更高，舰载航空燃油和弹药也更多。核动力也降低海上补给的压力，尤其是吨位增加到10万吨的话，否则补给舰、舰队油船光支持航母了，其他需求都无暇顾及了。

上马核动力航母与65000吨常规电弹航母矛盾吗？不矛盾。

首先，造价差别依然存在，用数量平衡质量永远是建军的王道。其次，钍堆技术成熟还需要时间。这不是解决了理论和设计问题就可以大干快上的。钍基熔盐堆最大的技术难题是腐蚀性，熔盐具有很高的腐蚀性，带放射性的腐蚀性更难伺候。即使技术上认为解决了，也需要足够的时间来检验，不能侥幸心理。回到铀堆当然技术更加成熟，但铀堆RCOH的问题又回来了，这才是弯路。

在这段时间里，大造相对低成本的65000吨常规动力电弹航母作为过渡，待核动力航母入伍时，也可以高低结合，既要质也要量。用空军做比照，没有因为有了歼-20，就不要歼-10C、歼-16了。各有各的用处。

大造003/004当然也是选项，但一有造价高得多的问题，二有电弹出动率实际上不比65000吨高多少的问题，作为高低搭配的低端，有点太豪华了。

到2040年，“辽宁”号和“山东”号应该接近服役后期了，但核动力航母也该就绪了，期间则造4-6艘65000吨常规电弹航母（相当于常规动力的法国下一代PANG航母，战斗力并不弱）填补，再加2艘已经成熟的003、004，这是很可观的战斗力了。

在海军战略里，存在是很重要的。不能做到存在，就谈不上海军战略。中国海军曾经在南海存在，所以太平岛称为太平岛，成为中国的南海国土，尽管眼下在台湾当局控制之下。同样的还有东沙群岛。中业岛也一样，但1971年因为台风而撤出，没有及时返回，就被菲律宾占领了。要是中国海军在70年代就能在南海有现在一样的存在，南海问题就简单得多了。

航母是最强大、最有效的海上存在。

在西太平洋、南太平洋、北印度洋常年部署中国航母战斗群，对地区安全有巨大意义，也对美国海军是巨大挑战。再用“伯克”级驱逐舰搞“航行自由”的挑衅是自找没趣，用更大的核动力航母对峙根本跟不过来。是时候中国用航母战斗群“航行自由”了。