压水堆,即加压水慢化冷却反应堆(PWR)是在X4704加入的一种反应堆。虽然游戏内冷却剂没有一种是轻水
认识PWR
搭建与拆卸
该反应堆由9种方块建造,按照位置分为:
外壳方块:PWR压力容器、PWR中子反射器、PWR访问端口、PWR控制器
内部方块:PWR中子源、PWR燃料棒、PWR控制棒、PWR热容器、PWR换热器、PWR冷却剂通道
搭建时只需外壳方块包裹住内部(形状任意),且至少一个PWR燃料棒、PWR中子源,有且仅有一个PWR控制器。
PWR控制器的背面必须紧贴内部方块,否则控制器会找不到结构。
右击PWR控制器会检查结构完整性,如果不完整会在结构不完整的地方(主要是内部方块裸露的地方)红框提示:Non-reactor block/非反应堆方块;如果没有中子源、燃料棒,控制器会红框提示:Neutron sources required/需要中子源、Fuel rods required/需要燃料棒。
若结构完整,右击PWR控制器会将PWR组装起来。被控制器完成组装的方块,无论外壳还是内部,都会变成一种叫做“PWR”的技术性方块。控制器本身不会“变身”。
PWR组装完成后可以拆卸,破坏任意一个“PWR”技术性方块就能将它们都打回原形。PWR拆卸后正在进行的核反应会暂停,物品、流体也暂时不能输入或输出,是暂时停堆的好办法比用控制棒调零强多了。破坏PWR控制器也能实施拆卸,但这么做会导致其被真正挖掘下来,其中所有的资源丢失。
方块的作用
每一座PWR的性能都是由组装时各种外壳、内部方块的摆放数量、摆放位置确定的:
PWR中子源:让PWR能被组装与启动,每个+20初始中子通量,只看数量。由于开机后PWR内中子通量常常达到数十万,中子源放一个用于启动就够。
PWR燃料棒:让PWR能够装载更多的燃料棒从而提升核反应强度,每个+1反应区燃料容量,+1燃料棒数(仅用于传热计算)。一根燃料棒会在它的正前后、左右、上下方向上(最大距离14格,中间可以有内部方块,但会被外壳方块阻挡)与距离最近的燃料棒/中子反射器构成“有效连接”;每对“有效连接”(不重复计算)会让“连接数”+1,也能提升核反应的强度。多放PWR燃料棒会增加日后更换燃料(如需要)的成本。
PWR中子反射器:帮助PWR燃料棒构成“有效连接”,一般是作为PWR外壳的一部分,组装完毕后材质会变得和普通外壳一样。
PWR控制棒:如果在一对“有效连接”之间有控制棒,那么该“有效连接”变为“受控连接”,会额外让“受控连接数”+1,能让反应堆受控制的量程增加、精度降低。
PWR热容器:(非必需)提供热容量,每个+0.5MTU最大堆温,即5%的初始热容量;每个热容器会+0.25燃料棒数(不会增加反应区燃料容量),向上取整。由于控制器会提供初始热容量,PWR中可以没有热容器。在当前版本中,如果一台PWR中含有215个或更多热容器将引发数值溢出,导致热量上限为负数,从而导致反应堆在搭建完成的瞬间融毁。
PWR换热器:提供PWR核心—外壳的传热,只看数量。建议摆放数量为燃料棒数的1倍左右,不要超过2倍。
PWR冷却剂通道:提供PWR外壳—冷却剂的传热,只看数量。若使用熔融钠冷却,建议摆放燃料棒数的2~4倍;使用其他冷却剂,建议4~8倍。
PWR压力容器:普通的PWR外壳填充方块。组装之后,材质上的钉子会消失。
PWR访问端口:在PWR组装完毕后,从它这里能够输入、输出物品和流体。组装后材质上的管道口会保留。
PWR控制器:PWR的核心。提供各128000mB的冷却剂/热冷却剂容量,提供10MTU的初始热容量。玩家只能通过右键它打开GUI、调整控制棒。实际上存放了PWR内部所有的资源,包括物品、流体、中子通量、热量,破坏它会让这些东西统统消失。但目前想要更换燃料只能通过破坏控制器,放入燃料时请慎重。
运行PWR
对着组装完毕的PWR的控制器右击,就会打开这一座PWR的GUI。
如下图所示,PWR的GUI能够为玩家展示其冷、热冷却剂存量,当前正在反应的燃料棒与燃料棒总容量的数量,乏燃料棒的生产进度,控制棒拔起的程度,核心温度、外壳温度,还有一个核心温度到达最大堆温80%(无热容器时为8MTU)时会亮起的指示灯。
将光标悬浮在乏燃料生产进度条、控制棒拔出条、温度仪表的上方时,会显示具体的百分比/TU值信息;悬浮在冷却剂和当前燃料棒方框的上方时,会显示对应的流体、物品的信息。
灌注冷却剂
PWR需要冷却剂将它产生的热量导出并用于发电,以及避免炸堆。PWR组装完毕之后默认是普通的“冷却液”,需要用流体识别码改成想要的类型,如熔融钠、熔融钍盐、重水等。
现版本可用的冷却剂有:
热容 TU/mB | 中子通量增益 | 热导率 | |
冷却液 | 300 | / | 1 |
根啤 | 400 | +14% | 1 |
重水 | 300 | +25% | 1 |
熔融钠 | 400 | / | 2.5 |
熔融钍盐 | 400 | +150% | 1 |
以及其他由玩家自行添加的、含有[PWR冷却剂]属性的自定义流体,和修改config文件从而获得[PWR冷却剂]属性的其他流体。
由于核反应算法的问题,中子通量增益的效果有些鸡肋;而传热算法却让冷却剂的热导率非常重要。若使用热导率2.5的熔融钠冷却,能够省下大量PWR冷却剂通道及外壳的材料、节省大量空间,推荐一律使用熔融钠作为PWR的冷却剂。
无需给PWR注入过多的冷却剂比如灌满,只需注入该PWR每tick加热冷却剂三倍以上的量即可。对于热容300TU/mB的冷却剂,35000mB就绝对够用(热容400TU/mB的就是25000mB),多于这个量的完全没必要。多加了也没关系,可以在PWR开机之后用铁桶的仅输入模式分流一些出来,但是不要试着在正式开机前随便放根燃料棒,把多余的冷却剂熬成热冷却剂输出,因为你很快就会发现自己陷入到一个尴尬的局面中你会发现燃料棒拿不出去了。
放入燃料棒
完成冷却剂的循环系统后,可以将燃料棒装入PWR。将选定的燃料棒放入反应堆GUI的缓存格,然后被装载到反应区,使PWR开机。反应区只能装载一种燃料,放不同的燃料到缓存格是没用的;反应堆中有多少PWR燃料棒,反应区就能装载多少核燃料。
PWR燃料都是临界燃料,它的中子通量不会像一些RBMK燃料一样无限增长,而是会迅速稳定在一个固定数字,因此可以称得上是比较安全。如果对设计缺乏信心,可以用鼠标抓着燃料,一边观察一边用右键一个个点进缓存格。如果反应堆中使用了较多的控制棒,可以通过调节控制棒(点击绿色输入框输入0~100的数字,点击黄色按钮保存)让反应达到合适的程度,控制棒不会瞬间变成设置的数字而是逐渐靠近,发现不好的苗头可以马上调低。
右侧仪表盘下的绿色数字显示的是反应堆燃料的接收中子通量,如果不用有中子通量增益的冷却剂,接收中子通量 = 初始中子通量 + 发射中子通量。PWR消耗燃料和产生热量只看发射中子通量,没有中子增益也可以用接收中子通量代替参与计算。一般的PWR燃料有10亿当量(BFB棒是2.5亿),发射多少中子通量,燃料就消耗多少当量,当量消耗完就会产出一个乏燃料,可以在对应的进度条上看到消耗百分比。当量 ÷ 发射中子通量 = 时间(tick),再 ÷ 20 = 时间(秒)。乏燃料在乏燃料池中冷却后,即可离心获得相应产物,可以获取玩家所需的锝粒,但PWR高达10亿的燃料当量注定了它不适合用作主要的核产物生产堆。
燃料被消耗后,会从缓存区装载新的,补满反应区。如果没有燃料或者种类不一样,反应区就只能空载,而反应区每少一个燃料对于发射中子通量的影响都是显著的,在只有1个燃料时可以说是几乎没有反应。因此想要正常地“排空”PWR是几乎不可能的,所以为了不用进行繁琐、昂贵、紧张刺激的维修流程,请在放燃料前再三检查,不要放错燃料!
优势与劣势
优势:
PWR的所有性质在组装完成的那一刻就已经确定了,PWR的运行(不考虑发电部分)只涉及PWR控制器这一个方块两个过程的计算,而不是像RBMK那样要涉及很多方块的联动计算,运行起来非常流畅,对渣机非常友好。
在产能这一方面,一座PWR也完全能够支撑一两条完整的矿物线+一个综合性的大型化工基地,或者2~3台同时运行的回旋加速器。
PWR的形状、大小都很自由,通过控制棒、内部方块摆放可以很精准地控制其功率,适用许多不同的场合;同时不怎么需要维护,甚至能直接不管。
PWR所需资源易得,甚至PWR燃料棒可以在野外的坠毁飞船中找到不少。能够通过芝加哥反应堆大量获取的钚-239是优秀的PWR燃料,玩家过渡到中期时就可以花费少量材料建造一座10MHE/s的小型钚-239PWR。
劣势:
PWR的上限较低,虽然现在可以添加热容器,不断增加最大堆温、提升最大发电量,但是PWR的体积以及建筑、运行所用到的资源都会随之迅速地膨胀,让超大型PWR的收益相当差。
PWR燃烧燃料的速度远远落后于它的前代“大型核反应堆”,获取核反应产物的效率远不如锆诺克斯与某些特殊设计的RBMK。
PWR一旦开始运行,想要彻底停堆就会较为麻烦,基本只能通过破坏PWR控制器,这样做可能会损失不少燃料和冷却液。
示例
下面展示一个如上文所说,产能11.61MHE/s的钚-239PWR:
它以默认的“冷却液”作为冷却剂,使用超热蒸汽—超浓密蒸汽的循环进行发电,故无需冷却塔;这里还使用了一个“嘴对嘴”双向传输小技巧又或者是小邪道?,让汽轮机既能从锅炉抽取超浓密蒸汽,又能把发电后的超热蒸汽返还给锅炉。开机之前,用64000mB超热蒸汽填满锅炉即可。用10亿当量除以每tick发射通量69353,算出来每根钚-239燃料棒(等价于12粒)的燃烧时长为14419tick,即12分钟1秒。
计算
虽然PWR的计算涉及的方块不多,也并不需要复杂的模型来描述,但对于一般玩家来说还是较难。因此,这里介绍一系列半公式半实验的方法,让玩家们能基本上弄清楚反应堆会输出什么样的结果。以下内容都基于已经达到稳态,即显示中子通量不再发生变化、每tick产热恒定的PWR。
反应计算
反应平衡方程
上面已经说过,PWR GUI会显示接收中子通量,但是发射中子通量使用起来更加方便,因为它直接关系着燃料棒的消耗以及产热;并且在接下来的计算中,使用发射中子通量的公式也更加便于理解。
PWR燃料可以按反应函数分为两类,平方根型与对数型。平方根型的燃料拥有一个参数,虽然这里并不会直接使用它。我们可以给出平方根型PWR燃料棒的反应平衡方程:
而对于对数型燃料,其完整的反应平衡方程并不直观,不便计算、理解,于是我们可以给出简化过的对数型PWR燃料棒的反应平衡方程:
反应乘数n依燃料种类、反应堆设计、控制棒等而定,在一座稳态PWR中表现为常数,因此可以通过代入实际游戏中的发射中子通量求得。对数型方程的参数 b = 2500 × 燃料容量 ÷ 中子通量增益,因对数型方程的复杂度,建议忽略初始中子通量的影响(严谨的玩家将等号右侧的f替换为f+a即可);而由于平方根型方程较简单,可以不忽略初始中子通量a 并让它参与计算。
将反应计算简化为反应乘数n 与发射中子通量f 之间的关系,我们就可以这样思考:
各种因素(燃料、连接数、通量增益)<==> n <==> f <==> 反应堆输出(燃料消耗、产热)
详细信息
设N为总连接计数,则N=(普通连接计数)+(受控连接计数)*(控制棒抽出度)。
设原始中子通量为f0,中子通量为f,f0=(中子源计数)*20。
设燃料棒反应函数为r(x),燃料棒(方块)计数为Nr,已加载燃料棒计数为a,总输出中子通量为fo,则fo=ag(N)r(f/Nr),
其中g(N)=(7e^(-N/300)+1/2)N/75。
新中子通量f'=(f0+fo)*(冷却剂中子倍数)
总输出热为Eo=fo*(燃料棒发热系数)。
燃料耐久每tick减少fo(总耐久为1e9)。
若令f'=f,则可以通过解方程得到最终的的中子通量。
热量衡算(可直接看结论)
PWR的导热分为核心—外壳、外壳—冷却剂两个过程。在一座正常工作的PWR中,燃料热方程的计算结果 = 核心反应产生的热量 = 核心向外壳传递的热量 = 外壳被冷却剂带走的热量。本过程中,核心余热 + 燃料产热允许超过最大堆温。
1.核心向外壳的传热:每tick传热 = 核心—外壳温差 × m
0 ≤ m < 0.25;4m = 1 - e-2.5x ,其中 x = PWR换热器数 ÷ PWR燃料棒数。
当换热器 : 燃料棒 > 0.9 : 1时, m > 0.225,达到极值的90%;两者比值为2 : 1左右时,即可认为m已经达到极值0.25。
2.外壳向冷却剂的传热:每tick传热 = 外壳温度 × n
0 ≤ n ≤ 1;n = 0.1 × 冷却剂热导率 × PWR冷却剂通道数 ÷ PWR燃料棒数。
使用热导率为2.5的熔融钠作为冷却剂,冷却剂通道 : 燃料棒 = 4 : 1即可实现每tick带走全部外壳热量。
3.核心和外壳会各自流失千分之一、至少1TU的剩余热量,本次传热过程结束。如果此时核心温度超过最大堆温,则反应堆熔毁。
流失的热量基本可以忽视,而且这个机制在你使用比较极限的配置时,还能成为一道保护。
结论
确定燃料棒数之后,m、n 的数值分别只受换热器数、冷却通道数的影响,两个过程的每tick传热都与温差成正比,温差越高传热也就越多。当PWR开机并产生热量,就会让核心、外壳的温度升高,产生温差,开始传热。
使用更多的燃料棒或者更强的燃料会提高每tick产热,进而导致需要更大的温差。一座PWR的热容量初始为10MTU,能够通过增加热容器来提高热容量进而允许更大的温差。但每个热容器+0.5MTU最大堆温的同时又会+0.25燃料棒数,请注意在增加热容器的同时也增加对应数量的换热器、冷却通道。
下面提供了两种有价值的PWR设计案例,无需严格遵从数量比例。建议将反应堆造成简约的立方体
配置推荐
导热最大化配置:一倍燃料棒,两倍换热器,四倍冷却剂通道,熔融钠冷却。它每tick能够输出核心的约四分之一热量。由于熔毁判断只看余热,所以一座PWR实际的产能极限是最大堆温的三分之一。这台反应堆的热容量即为初始10MTU,可发热3.333MTU/tick,等于66.67MHE/s。
省材料配置:一倍燃料棒,一倍换热器,两倍冷却通道,熔融钠冷却。它对于空间的利用率有上面一种的约1.2倍,最大产能约为45MHE/s,适合于一些空间紧凑的场合。它能在总体积相当的情况下比“导热最大化”塞下更多的燃料棒,因而在较小的空间内的发电量反而往往能超过“导热最大化”;如果你预期的发电量不到45MHE/s,不如用它省下一些材料!
熔毁
在所有的产热、传热结算完毕后,核心温度超过最大堆温会熔毁。
熔毁后控制器消失,外壳基本完整,内部结构炸开、产生辐射;同时在内部生成堆芯熔融物熔蚀反应堆,烧穿底面并毁坏下方地形。
资料分类: | 反应堆 |