突破!小虎鲸的核电宝都出20版了

瀚海狼山(匈奴狼山)在过去的推文中,屡次提到了低温高能小堆,安装在潜艇上就是所谓的先进小虎鲸,因此低温高能小堆也被称为“核电宝”。不过一直没有彻底讲清楚这个堆型到底是如何工作的。一般来说,要把核能直接转换为电能或者机械能,目前看来有至少3种途径。直接把核能转换为电能的,就是所谓的核电池。一般应用在卫星和深空探测器等载荷上,主要是探测火星以外的外行星所用。因为到这些外行星附近轨道时,太阳的光能已经比较微弱,传统的太阳帆板的发电量明显不足,因此必须使用工作寿命在50年左右的核电池。这种所谓的核电池,和核电站其实大相径庭。第一是因为两者的功率完全不是一个级别;卫星上的核电池输出功率普遍只有几瓦特,等于连一个小电灯泡都点不亮。

更小功率的还不到一瓦。最大功率的也不过百瓦级别。与核电站动辄百万千瓦的差距实在太大;第二在于核电池其实也不是和核电站一样采用正规的铀燃料,而是用少量的放射性同位素;用同位素放射产生的热力差来发出微弱的电流;因此所谓的核电池其实是同位素电池。由于功率特别小,只能用在真空中的卫星上,直接用来推动潜艇等是不可能的。而推动核潜艇和核动力航母的核动力包,基本就是大型核电站的微缩版。需要用一回路和二回路置换出反应堆核心的热能,产生高温高压的水蒸气;再用这些水蒸气推动封闭的汽轮机转动;要么直接用这种转动带动大轴和螺旋桨或者泵推推进;要么把这种转动先带动发电机发电,然后再用电力带动电动机推进。总之不论是陆地上的核电站,还是海里的核潜艇和核航母。

至今都摆脱不了烧热水和推动汽轮机这两大基本项。说白了这些大型的核动力都是蒸汽动力。核潜艇的轴功率一般在2到5万马力;核动力航母多在27万到30万轴马力,是百万千瓦级别核电机组输出功率的2%到30%。但是对比前面提到的,直接发出微弱电力的同位素电池,相对功率仍然是巨大的。那么低温高能小堆,是何种工作原理呢?应该与以上一大一小两种工作模式都不同。低温高能小堆,应该是把小型反应堆和大功率斯特林机直接结合在了一起的产物。斯特林机和普通的气缸汽油机和柴油机的最大不同,就是斯特林机的内部推动活塞运动的气体,也就是功质本身是密闭不损耗的。而汽油机和柴油机,包括燃气轮机等内燃机的内部做功的功质都是边做功边损耗的。因此需要一个吸气和排气的过程。而潜艇在水下恰恰没有“气”可吸和可排,因此斯特林机是一种外燃机,它工作的热源在气缸之外。斯特林机本身非常古老。但是核能斯特林机就很新了。属于直接用小型核堆的热源让斯特林气缸内部的功质膨胀,然后再充分利用海水的冷却让功质收缩;这样一来一回,活塞就运动起来,变成机械能转动或者直接用来发电。

外界猜测低温高能小堆的一回路中把核堆的热量置换和传导的物质应该是铅铋合金。这种合金的流动温度只有200摄氏度以下,相比于正常压水堆一回路500摄氏度以上的流动温度要低得多,所以叫做低温堆。其体积重量又比正规压水堆小得多,能量又非常密集,因此综合叫做低温高能小堆。201X年,谁谁家已经研发出小型核反应堆和自由活塞斯特林发电机的先进能源系统。该能源系统采用以模拟核反应堆作为热源,通过高温热管把热源的热能传递到4台对称布置的自由活塞斯特林发电机,进行热电转换最终输出电能的技术方案。该技术方案充分结合了热管非能动传热以及自由活塞斯特林发电机轻质高效的优点,系统结构简单、可靠性高,可实现免维护、长期稳定运行。

具备成为深空探测、深海潜航等特种任务首选能源的巨大潜力。目前的单位功率密度已经达到了全球领先水平。因为其一开始采用的是模拟小型核反应堆的热源,因此算做1.0版本;而到201X年则制造出了真正的低温小堆斯特林系统。可以直接工程应用,这就是属于2.0版本。而未来10年,则准备突破直接用低温小堆的热能差产生大功率电流的全新技术,这应该是低温高能堆的3.0版本。其中连机械传动再转换为电能的步骤也全省了,体积更小功率更高,基本无噪音。这才是技术水平达到超理想状态的真正核电宝。

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