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作者：瀚海狼山随着中船重工提到研发国产核动力航母，立即在军迷中掀起了讨论核动力的热潮。但对于航母和潜艇核动力的一些基本常识，一知半解甚至完全不了解的占了很大一部分，很有必要对一些常识性的知识，进行通俗化说明：1，压水堆是怎么回事？舰船的核动力，无论是水面的核动力航母、核动力巡洋舰、核动力破冰船，还是水下的核潜艇，过去和现在，都是采取反应堆——高压蒸汽循环系统——汽轮机——发电机或变速齿轮系统——大轴——螺旋桨来完成推进。高压蒸汽冷却循环体系，是现在所有舰船核反应堆的能量输出方式。因此所有的核舰船，无论水上还是水下，都是采用压水堆。所谓的压水，就是高压轻水，也就是高压普通纯净水。水的比热很高，可以吸收和释放大量热能。普通水在常温一个大气压下，摄氏度就沸腾了，但在个大气压下，水加热到多摄氏度都不会沸腾。高压水可以从反应堆内循环输出大量的能量。一旦减压，就会变成能量极大的蒸汽，来推动汽轮机旋转做功或者发电。目前陆地上试验成功的所谓“高温气冷堆”或其他先进堆型，都还无法上舰。因此网上说什么清华早就突破了气冷堆，可以直接上舰，世界领先之类，都是没常识的乱讲。压水堆仍然是所有核动力船舶的唯一选择。同样是产生高压蒸汽，航母核动力系统一般产生“过热蒸汽”，而核潜艇上一般是“饱和蒸汽”，前者的热能转换效率更高，而后者热效率更低，但设备体积更小，这是核潜艇内部空间限制所必须。2，核能量怎么转化为舰船动力？当今的核动力航母，通过蒸汽轮机产生机械能，再经过齿轮箱减速后，带动大轴旋转推进；老式的核潜艇高速前进时，也是这么工作的；核潜艇在低速静音状态，可以切换成电池组的电力驱动电机带动大轴工作，这样噪音较低。今后所谓的“全电推进”，就是航母和核潜艇，都采用全程汽轮机只用来发电，发出的电随时对电池组充电，或直接通过电缆驱动电动机转动前进轴或者泵推轴，不再有变速齿轮系统，输出机械做功，甚至大轴也可不要了。这样能量转换效率更高，噪音更小。全电推进，新一代核潜艇比水面舰艇，更早地实现。3，有多少比例的核子能可以转化为轴动力？必须明确舰船反应堆的总热功率和轴功率两者的区别，否则会闹笑话。所谓的热总功率，就是舰船反应堆能通过高压蒸汽对外输出的总功率值；而轴功率，是指反应堆输出的蒸汽热能，通过机电系统，能转换成推进轴系，加载到推进螺旋桨上的最大实用功率值。两者的数值差异是很大的，一般轴功率只能达到热功率的十几个百分点就不错了。例如，美国俄亥俄级核潜艇的反应堆是S8G、海狼级是S6W，这两种堆的热功率都是兆瓦，也就是25万千瓦，但他们的最大轴输出马力，只有6万轴马力。11万吨的福特级核动力航母用两台A1B新型反应堆，转换出的最大轴输出功率只有不到30万马力！而小鹰级的轴输出马力只有28万马力，辽宁舰的轴功率也在25万马力以上，乍看还不如海狼级的一台S6W反应堆的25万千瓦的热功率大。但福特级两台A1B的实际热功率总值是超过65万千瓦的，因此，用核潜艇的动力包，强行推动核动力航母远远不够用。从热功率到轴马力的转换率越高，说明一国的机电整体水平越高。过去美国在这方面的水平超越苏俄和中英法，但我新一代核潜艇的能量转换率已经赶上了美国的最新水平。4，航母上的反应堆占多大体积？舰船核动力包相对于陆地核电站，最大的特点就是总体积大大压缩，核潜艇的反应堆尤其小巧玲珑，但相同体积的能量密度却比陆地核电站大得多，所用的核燃料的丰度也高的多。一个百万千瓦级的陆地反应堆，核燃料棒总重在一两百吨，核燃料棒铀的浓度只有3%到10%。尼米兹级或福特级，每台反应堆的热功率在30万千瓦以上，装入的核燃料总量不超过4吨。而俄亥俄级的S8W反应堆，装入的铀的总重只有公斤！俄亥俄级的单台S8G压水堆装置，采用美海军标准压水堆装置热线图，一台反应堆，两个动力循环分系统，每个分系统中包含一、二回路支回路，共用减速齿轮箱，单轴，推进一部七叶大侧斜螺旋桨。一回路系统S8G自然循环压水堆，热功率MW，堆芯直径1.6m，高度1.7m，燃料元件约60盒。采用板状元件，铀锆合金燃料，铀富集度为40％，包壳材料为锆-4合金，铀燃料初始装载量约为kg。堆芯功率密度为80MW/m3。反应堆采用铪控制棒，用于控制后备反应性，使堆芯具有长寿命。一回路系统压力为16MPa，冷却剂进入反应堆入口温度℃，出口℃，冷却剂流量约t/h，主循环泵功率kW。由上可见，庞大的俄亥俄战略核潜艇，其反应堆核心部分，只是一个不到一人高的“金属罐”而已，其他核潜艇的反应堆也差不多这么大。这类反应堆用的都是“铀锆合金燃料板”，通过特殊工艺让高浓度铀渗透到金属锆合金中去，作为反应堆燃烧材料。而不是民用核电站那种二氧化铀陶瓷块。能量密度成百倍的提高。5，核航母不用换燃料？从尼米兹级核动力航母和海狼级核潜艇以后批次，美海军越来越强调用武器级铀作为舰船反应堆的燃料，追求越来越长的换料周期，提高出动效率。核动力航母和核潜艇换料都要“开膛破肚”，航母一次换料就需要三年；而核潜艇一旦换料，就必须破坏耐压壳，会让核潜艇的安全系数大大降低，因此到了最新的弗吉尼亚级核潜艇，美国人已经达到了核燃料——反应堆壳体——艇体的寿命都是35年，潜艇全寿命期内都不用换料了。而尼米兹级航母的船体寿命是50年，使用20多年后，仍然必须换一次料，把反应堆和燃料板一起换掉。现在传说福特级的反应堆可以直接使用50年，一生都不用换料？这是以讹传讹！实际上福特级到年也是必须换料的，美海军内部说得很清楚。即使武器级铀制成的燃料板不用换，反应堆本身也很难有超过40年的安全寿命。弗吉尼亚级能做到30多年全不换，已经是逆天的高技术了。6，核弹头的原料可以拆解装到航母上去吗？俄国和其他大国的核潜艇和其他核动力船舶，所用的核燃料的丰度，基本都没有达到武器级铀燃料的浓度，仍然普遍采用20%到40%的核燃料，其中原因复杂：用武器级铀能量密度高，寿命长，但提炼到如此高的浓度，铀浓缩过程中消耗的电力也是惊人的。美国人用得起，是因为美国人有钱。特别是最近这些年，他们大量的核弹头到了服役寿命被拆解，可以直接取出内部的超高浓缩铀用来生产燃料板。那么俄罗斯有更多的核弹头同样拆解了，俄罗斯人为何不直接用呢？很简单，俄罗斯现在没钱，他拆出来的核武铀块，居然99%出口美国用来换外汇了！7，核动力航母驮着原子弹到处跑，万一爆炸怎么办？核动力航母和核潜艇堆芯都用武器级铀燃料，是否等于天天扛着个超大原子弹到处跑？会不会突然像原子弹一样爆炸？这种危险的概率可以近乎零。原子弹的核心是两个近乎纯铀组成的金属半球或者金属环，引爆前还要用高能炸药极度压缩体积，才能超临界爆炸。舰船核反应堆虽然名义上用的是武器级铀，但实际上前面已经讲过，这些高浓度铀金属，已经通过特殊工艺渗透进了锆合金中，制成像饼干一样的一片片燃料板，体积密度已经大大分散，而且反应堆中还有大量的冷却剂和减速金属，出现超临界状态几乎没有可能，更不会出现快中子瞬间集中链式反应，就没有核爆炸的危险。

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