核動力航母馱著原子彈到處跑，萬一爆炸怎麼辦？解密艦船反應堆

作者：瀚海狼山

隨著中船重工提到研發國產核動力航母，立即在軍迷中掀起了討論核動力的熱潮。但對於航母和潛艇核動力的一些基本常識，一知半解甚至完全不了解的佔了很大一部分，很有必要對一些常識性的知識，進行通俗化說明：

1，壓水堆是怎麼回事？

艦船的核動力，無論是水面的核動力航母、核動力巡洋艦、核動力破冰船，還是水下的核潛艇，過去和現在，都是採取反應堆——高壓蒸汽循環系統——汽輪機——發電機或變速齒輪系統——大軸——螺旋槳來完成推進。

高壓蒸汽冷卻循環體系，是現在所有艦船核反應堆的能量輸出方式。因此所有的核艦船，無論水上還是水下，都是採用壓水堆。所謂的壓水，就是高壓輕水，也就是高壓普通純凈水。水的比熱很高，可以吸收和釋放大量熱能。普通水在常溫一個大氣壓下，100攝氏度就沸騰了，但在150個大氣壓下，水加熱到200多攝氏度都不會沸騰。高壓水可以從反應堆內循環輸出大量的能量。一旦減壓，就會變成能量極大的蒸汽，來推動汽輪機旋轉做功或者發電。

目前陸地上試驗成功的所謂「高溫氣冷堆」或其他先進堆型，都還無法上艦。因此網上說什麼清華早就突破了氣冷堆，可以直接上艦，世界領先之類，都是沒常識的亂講。壓水堆仍然是所有核動力船舶的唯一選擇。

同樣是產生高壓蒸汽，航母核動力系統一般產生「過熱蒸汽」，而核潛艇上一般是「飽和蒸汽」，前者的熱能轉換效率更高，而後者熱效率更低，但設備體積更小，這是核潛艇內部空間限制所必須。

2，核能量怎麼轉化為艦船動力？

當今的核動力航母，通過蒸汽輪機產生機械能，再經過齒輪箱減速後，帶動大軸旋轉推進；老式的核潛艇高速前進時，也是這麼工作的；核潛艇在低速靜音狀態，可以切換成電池組的電力驅動電機帶動大軸工作，這樣噪音較低。

今後所謂的「全電推進」，就是航母和核潛艇，都採用全程汽輪機只用來發電，發出的電隨時對電池組充電，或直接通過電纜驅動電動機轉動前進軸或者泵推軸，不再有變速齒輪系統，輸出機械做功，甚至大軸也可不要了。這樣能量轉換效率更高，噪音更小。全電推進，新一代核潛艇比水面艦艇，更早地實現。

3，有多少比例的核子能可以轉化為軸動力？

必須明確艦船反應堆的總熱功率和軸功率兩者的區別，否則會鬧笑話。

所謂的熱總功率，就是艦船反應堆能通過高壓蒸汽對外輸出的總功率值；而軸功率，是指反應堆輸出的蒸汽熱能，通過機電系統，能轉換成推進軸系，載入到推進螺旋槳上的最大實用功率值。兩者的數值差異是很大的，一般軸功率只能達到熱功率的十幾個百分點就不錯了。

例如，美國俄亥俄級核潛艇的反應堆是S8G、海狼級是S6W，這兩種堆的熱功率都是250兆瓦，也就是25萬千瓦，但他們的最大軸輸出馬力，只有6萬軸馬力。

11萬噸的福特級核動力航母用兩台A1B新型反應堆，轉換出的最大軸輸出功率只有不到30萬馬力！而小鷹級的軸輸出馬力只有28萬馬力，遼寧艦的軸功率也在25萬馬力以上，乍看還不如海狼級的一台S6W反應堆的25萬千瓦的熱功率大。

但福特級兩台A1B的實際熱功率總值是超過65萬千瓦的，因此，用核潛艇的動力包，強行推動核動力航母遠遠不夠用。

從熱功率到軸馬力的轉換率越高，說明一國的機電整體水平越高。過去美國在這方面的水平超越蘇俄和中英法，但我新一代核潛艇的能量轉換率已經趕上了美國的最新水平。

4，航母上的反應堆佔多大體積？

艦船核動力包相對於陸地核電站，最大的特點就是總體積大大壓縮，核潛艇的反應堆尤其小巧玲瓏，但相同體積的能量密度卻比陸地核電站大得多，所用的核燃料的丰度也高的多。

一個百萬千瓦級的陸地反應堆，核燃料棒總重在一兩百噸，核燃料棒鈾235的濃度只有3%到10%。尼米茲級或福特級，每台反應堆的熱功率在30萬千瓦以上，裝入的核燃料總量不超過4噸。而俄亥俄級的S8W反應堆，裝入的鈾235的總重只有140公斤！

俄亥俄級的單台S8G 壓水堆裝置，採用美海軍標準壓水堆裝置熱線圖，一台反應堆，兩個動力循環分系統，每個分系統中包含一、二迴路支迴路，共用減速齒輪箱，單軸，推進一部七葉大側斜螺旋槳。

一迴路系統 S8G 自然循環壓水堆，熱功率250MW，堆芯直徑1.6m，高度1.7m，燃料元件約60 盒。採用板狀元件，鈾鋯合金燃料，鈾 235 富集度為 40％，包殼材料為鋯-4 合金，鈾235 燃料初始裝載量約為140kg。堆芯功率密度為80MW/m3。反應堆採用鉿控制棒，用於控制後備反應性，使堆芯具有長壽命。一迴路系統壓力為16MPa，冷卻劑進入反應堆入口溫度280℃，出口320℃，冷卻劑流量約 3600t/h，主循環泵功率 169kW。

由上可見，龐大的俄亥俄戰略核潛艇，其反應堆核心部分，只是一個不到一人高的「金屬罐」而已，其他核潛艇的反應堆也差不多這麼大。這類反應堆用的都是「鈾鋯合金燃料板」，通過特殊工藝讓高濃度鈾滲透到金屬鋯合金中去，作為反應堆燃燒材料。而不是民用核電站那種二氧化鈾陶瓷塊。能量密度成百倍的提高。

5，核航母不用換燃料？

從尼米茲級核動力航母和海狼級核潛艇以後批次，美海軍越來越強調用武器級鈾235作為艦船反應堆的燃料，追求越來越長的換料周期，提高出動效率。核動力航母和核潛艇換料都要「開膛破肚」，航母一次換料就需要三年；而核潛艇一旦換料，就必須破壞耐壓殼，會讓核潛艇的安全係數大大降低，因此到了最新的弗吉尼亞級核潛艇，美國人已經達到了核燃料——反應堆殼體——艇體的壽命都是35年，潛艇全壽命期內都不用換料了。

而尼米茲級航母的船體壽命是50年，使用20多年後，仍然必須換一次料，把反應堆和燃料板一起換掉。現在傳說福特級的反應堆可以直接使用50年，一生都不用換料？這是以訛傳訛！實際上福特級到2038年也是必須換料的，美海軍內部說得很清楚。

即使武器級鈾製成的燃料板不用換，反應堆本身也很難有超過40年的安全壽命。弗吉尼亞級能做到30多年全不換，已經是逆天的高技術了。

6，核彈頭的原料可以拆解裝到航母上去嗎？

俄國和其他大國的核潛艇和其他核動力船舶，所用的核燃料的丰度，基本都沒有達到武器級鈾燃料的濃度，仍然普遍採用20%到40%的核燃料，其中原因複雜：用武器級鈾235能量密度高，壽命長，但提煉到如此高的濃度，鈾濃縮過程中消耗的電力也是驚人的。美國人用得起，是因為美國人有錢。特別是最近這些年，他們大量的核彈頭到了服役壽命被拆解，可以直接取出內部的超高濃縮鈾用來生產燃料板。

那麼俄羅斯有更多的核彈頭同樣拆解了，俄羅斯人為何不直接用呢？很簡單，俄羅斯現在沒錢，他拆出來的核武鈾塊，居然99%出口美國用來換外匯了！

7，核動力航母馱著原子彈到處跑，萬一爆炸怎麼辦？

核動力航母和核潛艇堆芯都用武器級鈾燃料，是否等於天天扛著個超大原子彈到處跑？會不會突然像原子彈一樣爆炸？

這種危險的概率可以近乎零。原子彈的核心是兩個近乎純鈾組成的金屬半球或者金屬環，引爆前還要用高能炸藥極度壓縮體積，才能超臨界爆炸。

艦船核反應堆雖然名義上用的是武器級鈾，但實際上前面已經講過，這些高濃度鈾金屬，已經通過特殊工藝滲透進了鋯合金中，製成像餅乾一樣的一片片燃料板，體積密度已經大大分散，而且反應堆中還有大量的冷卻劑和減速金屬，出現超臨界狀態幾乎沒有可能，更不會出現快中子瞬間集中鏈式反應，就沒有核爆炸的危險。

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