中国再曝黑科技:太过先进无法展示,地月空间经济区已正式提出!

2019-11-30    作者: 成都新闻网编辑部    来源:戎评    阅读:

工业革命的核心,其实就是能源转换的革命。 《人类简史》 2019年10月9日,我国首座 铅铋合金零功率反应堆 启明星Ⅲ号,在中核集团中国原子能科学研究院, 实现首次临界 并正式启动我国铅铋堆芯核特性物理实验。 由此,我国在铅铋快堆领域的科学研发上成功跨

  工业革命的核心,其实就是能源转换的革命。

  ——《人类简史》

  2019年10月9日,我国首座铅铋合金零功率反应堆 ——启明星Ⅲ号,在中核集团中国原子能科学研究院,实现首次临界 并正式启动我国铅铋堆芯核特性物理实验。

  由此,我国在铅铋快堆领域的科学研发上成功跨出“实质性”的异步,中国铅铋合金核反应堆,正式进入工程化阶段 !

  戎评相信,看到这里时大多数读者可能脑海里都会浮现这样一连串问题:

  什么是铅铋合金零功率反应堆?

  这项我们一般人闻所未闻的先进技术,又有什么应用前景?

  此科技“太过先进,无法展示”

  2011年3月11日,日本东北部海域发生了强度为里氏9.0级的大地震并发生大规模海啸:

  奔涌而来的海啸将震区沿海地区财产一扫而光,地震波传到远在370多千米的日本首都东京并引起大面积的晃动,新宿的高楼产生摇晃,楼顶附近的振幅达1米以上!

  彼时,在如此强烈冲击下,以岩手县、宫城县和福岛县为中心的日本东北部沿海地区可谓损失惨重

  ——据日本政府在地震发生四周年前夕发表的统计数据显示:因2011年大地震影响,日本震区死亡和失踪1万8475人,建筑物损坏40万3621户,震后最高难民人数超过40万人....

  当然,人员的死伤和公共财产的巨额损失,还不是最糟糕的。

  地震发生前,隶属于东京电力株式会社,位于福岛县太平洋海滨的福岛第一核电站的三座核反应堆,正在进行核能发电。

  地震发生瞬间,三座正在运行的核反应堆,在应急程序控制下自动升起控制棒开始执行停机程序....

  本来,一直到这里时一切危机应对都是计划中的正常。

  然而由于地震的摇晃,核电站外接输电线路却因为相互接触引起短路并断线,福岛第一核电站瞬间丧失外部电源。

  丧失外部电源对于彼时的福岛第一核电站意味着什么?

  一般来说,正在运行的核电站从开始执行停机程序到彻底进入停机状态,控制棒的升起仅仅只是“第一步”。

  此时,核反应堆的裂变反应虽然已经停止,但是堆芯大量的反应热以及由于裂变反应所产生的放射性同位素在进行衰变时所产生的衰变热,聚集在刚刚完成停止裂变反应的反应堆中,仍然需要及时排出!

  这个过程大致需要20个小时左右。

  换一句话说,也就是在这20个小时里,核电站依旧需要电力驱动循环水泵,不断地依靠冷却水来对反应堆进行冷却...

  然而,戎评在前面也说了:由于地震影响,外接电源已经断了!

  没有电怎么办?

  事实上,在外接电源断连的第一时间,福岛第一核电站的控制程序便自主启动了柴油发电机来为循环水泵供电,然而就在地震发生50分钟以后,海啸来了...

  在高达15米的海啸扑袭下,出于海水冷却考虑而建筑在沿海范围的福岛第一核电站成为了第一波的被冲击对象

  ——坚固的电站建筑虽然经受住了海啸的扑袭,但是设置在地下室的柴油发电机组,却直接因为海啸的浸泡而故障停机,由此,福岛核电站进入全站断电状态。

  一切开始不可遏制的变得“糟糕”:

  由于失去电源供给,福岛核电站循环水泵当即停止运行,本应在反应堆内部和核燃料储存池之间循环冷却的流水,停止流动....

  彼时,整个福岛核电站犹如一锅架在炉灶上的开水

  ——在核燃料的不断加热下,不断沸腾的冷却水水位以肉眼可见的速度迅速下降,当核燃料上半部露出水面后,失去液体冷却的核燃料棒开始融化,高温使得包裹燃料棒的锆合金开始与水发生反应产生氢气...

  3月12日,福岛第一核电站1号核反应堆发生爆炸!

  3月14日,福岛第一核电站3号核反应堆发生爆炸!

  3月15日,福岛第一核电站2号核反应堆发生爆炸!

  氢气引发的爆炸直接炸毁了隔绝在反应堆之上的厂房外壳,因为缺少冷却而处于熔融状态的核燃料,直接进入大气、海水、土壤....

  2011年,一场不逊于1986年前苏联切尔诺贝利事故的“核灾难”,在日本福岛爆发!

  对于这场“核灾难”究竟造成了怎样持久性的生态毁坏和社会恐慌,由于各种渠道披露中相关资料甚多,在此戎评不做赘述。

  今天我们就来说一说,这场发生于8年前的历史性惨剧,究竟罪在何处?

  首先,日本东电脱不了干系: 早在2008年,东电便被告知福岛核电站可能遭受约16米高海啸袭击,但是对于此类影响盈利的警告,东电公司非但置之不理,反而对核电站日常运行的各类不利数据进行非法篡改,在核灾难发生时,两度对日本政府当局进行隐瞒,直接致使救灾错过黄金时机!

  其次,日本 政府同样脱不了干系: 监管失责、救灾不力暂且不谈,核灾难发生后,日本政府宣称辐射测量仪上“一切正常”,“核污水得到控制”,然而另一方面,民众自发在福岛测得的辐射值是官宣“正常值”的8到10倍,核污水仍在流入大海…

  这是灾难发生时呈现在世界面前的最直观事实,同样也是目前世界舆论对于2011年福岛核事故的主流看法。

  但是,就在所有人都对日本政府、日本东电进行批驳的时候,一个同样值得一提的安全隐患,却被刻意遗忘

  ——回顾福岛核事故的整个发展过程我们不难看到,无论是反应堆干烧还是最后氢气炸毁厂房外壳导致规模的核泄漏,其实归根结底都可以归结到一个字:水!

  “水”,这是目前世界运行核电站冷却剂和慢化剂的主流选择

  ——日本福岛核电站核反应堆从堆型上来区分,就属于以“轻水”来作为核电站冷却剂和慢化剂的轻水.单循环沸水堆!

  看到这里或许有人要好奇了:我们见过“雨水”、摸过“河水”,可是这“轻水”,到底是个什么水?

  简单的讲,所谓的轻水就是相对分子质量为18的水,再白话一点,其实就是经过净化排除了矿物杂质的普通水!

  显然,对于以盈利为目标的商用核电站而言,采用轻水来作为核反应堆的冷却剂和慢化剂,是一个不错的选择

  ——在实际运用中,“轻水”不仅成本低廉、制取容易,其下属分支的沸水堆型,更是可以将水蒸气不经过热交换器直接送到汽轮机发电,而能量转换链条的缩短,理论上提高了发电效率。

  然而,正所谓世界并不存在完美,看似做到了市场技术双调和的“轻水堆”,却有着自己的难言之隐:

  众所周知,核能发电的过程,其实简而言之就是三个字“烧开水”

  ——与火力发电过程中,燃料化学能→ 蒸汽热能→汽轮机机械能→ 电能的能量转换链条类似,核能发电的区别恐怕仅在于将不断被塞进锅炉下的煤炭,换成了单位能量密度爆表的核燃料棒!

  烧过开水的朋友恐怕都明白一个常识:水在沸腾之后要及时关火,以免水干之后,把锅烧穿。

  轻水堆核电站发电时同样面临这样的尴尬——水的沸点太低,只要开始沸腾,冷却水就很容易烧干!

  但是同样是“烧开水”,核裂变却不是燃气灶说关就能关,因此为了不至于像日本福岛核电站那样烧穿反应堆,正常运行的水冷型核电站,就需要时刻维持水冷循环系统的正常运转!

  这带来了两个问题:

  首先是大量持续性冷却水的获取问题 ,这严重限制了核电站的区域分布,这一点我们从世界轻水堆核电站均分布于河岸海边而远离缺水内陆地区这一点,便不难看出。

  其次是庞大的水循环系统所带来的核发电装置体积问题 ,这使得主流商用的轻水堆在实际用途选择上,受到了巨大的限制。

  如何克服?

  既然一切问题都源于“水”,那么我们自然要从水上着手解决 ——铅铋合金反应堆,完美的解决了这个问题!

  什么是铅铋合金反应堆?与轻水反应堆是用轻水来作为核反应堆的冷却剂一样,铅铋合金反应堆其实就是用铅铋合金来作为核反应堆的冷却剂。

  戎评相信,看到这里或许有人要咋舌了:

  油冷、水冷那都是液体,液体能够通过流动来带走热量,这固体的金属缺少流动性,又该怎么冷却?

  其实很简单—熔化!

  并且我们还需要看到,与轻水作为核反应堆的冷却剂相比,铅铋合金的优势是相当明显的:

  铅铋合金的熔点在150℃-200℃之间,而沸点却高达2000℃!吸热区间是0-100摄氏度之间液态轻水的整整18倍;

  与钢铁等其他金属在熔融状态下的粘滞有所不同,在成为液态之后,铅铋合金不仅具有媲美轻水的流动性,因为其金属的本质,导热率更是轻水的30倍,这直接使得同样的核反应堆中,以铅铋合金作为冷却剂的发电效率更高;

  而除此以外,铅铋合金高达2000℃的沸点以及其极不活泼的化学性质,同样使得如日本福岛核电站“烧开水”时将整个核反应堆循环冷却系统变成一口爆炸高压锅的安全问题,被完美解决;

  当然,更重要的一点还是由于更为优异的“冷却介质”的使用,使得曾经体积庞大的核发电装置得以体积缩小,核能小型化应用由此成为可能。

  毫无疑问,与传统的轻水堆相比,铅铋合金堆在效能上拥有着跨越性质的巨大进步!

  科技的进步,又意味着什么?

  充电宝之后,是核电宝!

  事实上,“核电宝”早已不是一个新鲜的名词了。

  早在2016年,中国科学院核能安全技术研究所在设计研发的世界规模最大、功能最全的“铅基堆冷却剂技术综合实验回路”和“铅基堆冷却剂氧测控技术”宣告成功之后,便联手中核工业开启了中国核电宝的工程化历程。

  然而时隔3年之后,在轰动一时的“铅基堆核电宝”趋于沉寂的时候,未来功能展望几乎完全重合的“铅铋合金零功率反应堆”又来了...

  这难道仅仅只是简单地复制吗?

  答案显然是否定的!

  在戎评看来,虽然此次中核工业宣告成功的仅仅只是实验阶段的“零功率反应堆”,但是从两者不同的命名上,我们其实可以从中瞥见些许端倪:

  一个叫“铅基堆”,一个叫“铅铋合金堆”,有一类金属被特别提及——铋。

  什么是“铋”?

  原子序数83、银白色至粉红色金属、质脆性稳有微弱放射性,目前全球铋金属储量33万吨,略低于白银的40万吨,中国铋资源储量居世界首位!

  老实讲,对于这项几乎被中国垄断的贵金属究竟能够在“新一代核电宝”中发挥怎样的特性戎评也不甚详知,我只知道的是,加入了“铋”的铅基冷却剂,熔点更低,性质更稳!

  至于除此以外还有哪些黑科技性能,恐怕我们只能借用2016年中核工业在展示启明星号II号时用过的一句话:

  太过先进,无法展示!

  那么,此刻正飞速工程化的“核电宝”一旦成功之后究竟意味着什么?

  几则新闻最能说明问题:

  1、2017年3月15日,《环球日报》独家专访马伟明院士时获悉:中国军舰全电推进系统已领先美国一代、中国航母电磁弹射技术与美国不相上下。

  2、2018年1月31日,解放军072型大型坦克登陆舰加装全封闭电磁轨道炮炮塔的照片意外曝光,在炮塔的后方甲板上我们可以看到几个配套的集装箱,外界推测其为电磁炮电源装置。

  3、2019年11月28日“国资小新”微博报道:南方电网广东@东莞供电电力工人使用最新研发的第四代激光大炮快速清理树障,被网友誉为“电网手术刀”。

  或许有人会问,这些新闻与“核电宝”之间有什么关系?

  戎评只能说:万事具备,只欠东风!

  文章最后,戎评有话说

  2019年11月1日,在中航科技一院科技委成立40周年之际,中航科技公司科技委主任包为民在北京透露:

  我国将力争在本世纪中叶,建成地月空间经济区。

  我们知道纽约湾经济区、知道大湾经济区,这“地月空间经济区”又是何方神圣?

  对此,包为民主任进行了详细的解释:

  地月空间经济区的范围主要集中在近地空间、月球引力空间和地月转移空间,其业态包括基础产业、应用产业、开发与利用产业、拓展产业,将由航班化地月空间运输体系、空间资源探测与开发体系、空间基础设施体系三大体系组成。

  有专家预测,到2050年前后,我国每年在地月空间经济区的总产值可达10万亿美元以上规模。

  消息一出,举世哗然:这难道是21世纪的“东方版星球大战计划”? 对此,不少中国网友也是大加调侃,直言“战忽局”正式进驻中航科技....

  然而,戎评对此却有不同意见。

  众所周知:

  美国早在1969年7月21日便成功登陆月球,然而如今50年已经过去了,曾经被无数次设想的“月球殖民地”,却始终未能建立!

  是因为月球没有开发价值吗?

  月面表层,5厘米厚的沙土就含有上亿吨质地优良的铁;

  月球土壤中还含有丰富的氦-3,用氘和氦-3进行的氦聚变,可作为核电站的能源;

  地球上常见的17种元素在月球之上比比皆是,月壤可直接制造水泥和玻璃、而这样的沙土,在月球表面厚度高达10米!

  遍地是宝,资源富集,这恐怕就是对月球资源的最简单表述,但是令人不解的是,就是在这样的一笔庞大财富面前,人类为何能够压抑50年而不付诸行动?

  其实答案只有一个:可利用能量密度!

  什么是“可利用能量密度”?

  1kg干松木的热值,是19045KJ。

  1kg标准煤的热值,是29307KJ

  1kg原油的热值,是41816KJ

  ....

  正如戎评在文首引述《人类简史》中所说的那句话一样:工业革命的核心,其实就是能源转换的革命。

  因此我们可以看到:“干松木”支撑起了农耕时代、“煤炭”支撑起了蒸汽时代、“原油”支撑起了电气时代....

  今天,又是什么支撑了人类时代的发展?

  我们正处于电气时代向原子时代过渡的阶段,如今地球上虽然已经诞生了单位能量2000万倍于TNT的可控核裂变,但是受限于“体积”的问题,我们唯一能够看到的只能是臃肿而又庞大的核电站!

  于是,即使是代表人类最尖端航天科技的登月行动,其能量来源也仅仅只能依靠“电汽”支撑。

  在戎评看来,此种行为无异于让今天的我们将家用轿车的发动机改为烧柴,动一动或许可以,但是要是希望借此长途旅行甚至大规模普及,则无异于痴人说梦!

  因此,月球有开发价值吗?有!但是这个开发的前提必须是核能小型化!

  2016年,中科院、中核工业联合报喜铅基核反应堆技术突破之际,中国载人航天工程副总指挥张育林第一次提出了“地月空间开发”的概念。

  2019年,中核工业宣布中国铅铋合金反应堆正式进入工程化之际,中航科技科技委主任包为民提出“我国力争本世纪中叶建成地月空间经济区”。

  是巧合吗?这是科技的自信!

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