如何評價俄羅斯研製出的潛艇永久反應堆?

陳坐光


首先,

核動力是怎麼推進的

直至目前,所有已應用的船艇的核動力,無論是核動力航母、核動力潛艇、核動力巡洋艦、核動力破冰船,實現推進的過程都是:核反應堆---高壓蒸汽循環系統---汽輪機---發電機/變速齒輪系統---推進軸---螺旋槳(無軸推進核潛艇則是發電機直接到螺旋槳)航空母艦核動力系統:

比如航母,反應堆通過蒸汽帶動蒸汽輪機,產生機械能,在經過齒輪減速系統減速,帶動傳動軸由螺旋槳產生動力。早期核潛艇也是採用這種形式,只是核潛艇要求靜音及空間限制,核潛艇反應堆改進較快。比如更先進的無軸推進,就是反應堆帶動蒸汽輪機發電,直接採用電動推進。

其次,反應堆是什麼

反應堆是覆蓋裂變堆、聚變堆、裂變聚變混合對的統稱,一般情況指裂變堆,其通過合理佈置核燃料,使得在無需補加中子源的條件下能在其中發生自持鏈式核裂變過程的裝置

高壓蒸汽循環系統是目前所有核動力艦船反應堆採用的能量輸出方式,而且目前所有的核動力艦船,都是採用壓水反應堆,也就是輕水堆(提純的普通水)。水的比熱容很高,可以吸收和釋放大量的熱量,在一個大氣壓下加熱到100度水就會沸騰,而在150個大氣壓下,加熱到343C°不會沸騰。

壓水反應堆冷卻系統由兩個迴路組成,一回路鏈接堆芯和二回路的蒸汽發生器,一回路內保持150個大氣壓,吸收堆芯熱量冷卻水能達到300C°以上,冷卻水在二回路蒸汽發生器的傳熱管中將壓強約70個大氣壓左右的二回路水加熱至沸騰(約260C°)形成的水蒸氣通過二回路送至汽輪機,推動渦輪發動機。

比如俄亥俄及核潛艇,採用S8G壓水堆及美軍標準壓水堆裝置熱線圖:一臺反應堆、兩個動力循環系統、共用減速齒輪箱帶動單軸推進一部七葉螺旋槳。

S8G壓水堆熱功率250MW,堆芯直徑1.6m,高度1.7米,60盒鈾鋯合金燃料,富集度40%

那麼,能不能做到全壽命不換燃料

核潛艇是全封閉的,如果更換燃料,必須將耐壓殼割開,這可是一項大工程

下圖可見潛艇耐壓殼也是個相對複雜的結構

更換核燃料需在反應堆冷態情況下更換,停堆冷卻工作長達幾個月,然後轉移核廢料要長達個巴渝的時間,重新安裝核燃料要2~3個月然後在逐步安裝反應堆頂部部件及系統、安裝耐壓殼、安裝反應堆上方的設備、建築等。

全壽命不更換核燃料這件事,首先設計到核燃料的濃度,目前大部分的核潛艇普遍採用20%~40%濃度的燃料,因此其更換燃料週期在3年、5年、10年甚至15年等。如果要達到武器級的核燃料確實能夠達到延長更換燃料週期的目的,但是有濃縮需要耗費大量的能源也就意味了花費更多的成本。美國可以有,比如弗吉尼亞及可以做到30年不用更換,這技術已經算是很高超了。而且近些年直接取用核彈頭內部的超高濃縮鈾來生產燃料板。

另外就是反應堆壽命及艇體的壽命,即便是美國目前也就只能做到以上兩項達到35年的壽命

那麼說到俄羅斯.從技術基礎上講,俄羅斯或許可以達到全壽命不更換核燃料。但是他們沒錢去濃縮高濃度鈾用於核潛艇,另外研發、建造新型材料的反應堆及艇體也需要大量資金。有人會提到俄羅斯拆解了前蘇聯大量的核彈,這個很有意思,1994年美俄簽署的“百萬噸-百萬瓦”協定介質到目前美國已經成功將前蘇聯核武庫中15000枚核彈頭轉化成美國的核燃料,佔協議20000枚的75%,僅轉換這些燃料耗子80億美元。

所以現在俄羅斯透露已經搞定全壽命不換核燃料,應該沒有實際應用。


不願透露姓氏的於先森


核潛艇的壽命一般是30年,與潛艇同壽的反應堆美國上世紀就有,而且美國福特航母上的核反應堆已經做到50年不換堆芯,俄羅斯即便做到了30年壽命的堆芯還是落後美國一代。


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