美國航母和潛艇的核動力 — 用武器級濃縮鈾是否代表了超先進？

原標題：美國航母和潛艇的核動力 — 用武器級濃縮鈾是否代表了超先進？

作者: 瀚海狼山

現在網路上一提起美國的福特級航母和弗吉尼亞核潛艇，幾乎必然會有人談到他們的核動力堆芯的燃料板，都採用的是武器級別的濃縮鈾，40年只需要換一次燃料，甚至全壽命都不用換核燃料，因此代表了世界領先的超先進核動力技術。

筆者認為，實際上這種說法似是而非，並沒有說到關鍵點上。核動力船舶，包括核動力航母、核潛艇和其他核動力破冰船等，他們的動力包，其實都是核堆芯產出高壓蒸汽做功的模式，因此和陸地上的民用核電站在技術上沒有本質的區別；只是船舶核動力為了上艦，在有限的空間內實現高功率密度，艦船核動力的堆型的體積和重量，比百萬噸級的陸地核反應堆縮小了一個數量級而已。

陸地民用輕水堆一般用燃料棒群，而艦船的堆芯由於體積大大縮小，就換成了鈾燃料板。至於艦船上當燃料用的鈾原料的濃度問題，一般專業說法是核燃料的丰度。

首先我們要明白一點，所謂美國核動力船舶上用的武器級高濃縮鈾，一般丰度高達90%以上。也就是這些鈾，其中90%以上是可直接反應的鈾235，剩下的10%左右是不參與反應的鈾238，也就是被經常提到的貧鈾。

那麼如此高丰度的動力用鈾，是否是專門為航母和核潛艇提煉的呢？一般不是。因為要達到如此高丰度，需要耗費巨大的財力和電力，當動力用鈾完全沒必要。這些武器級鈾，其實大多數就是從美國大量拆掉的過期核彈中拿出來另做用途的鈾金屬塊。甚至俄羅斯也拆掉了大批的核彈，也有大量的武器級濃縮鈾，但是俄羅斯不會把這種鈾塊直接出口，而是稀釋後再出口，甚至大部分被美國人採購了去。

另一個問題必須說明。這就是核動力艦船上用的所謂的武器級鈾，並不是和核武器裝葯一樣是一整塊的高丰度金屬鈾塊放在一起用，這樣太危險了；而是被稀釋打散，製成像餅乾一樣的一片片的燃料板，最後才放入堆芯中。

稀釋後的高丰度鈾，與其他金屬滲透成合金，比如鋁鋯等，做成片狀，外面還要用鋯合金包裹。無論從體積還是重量上計算，滲透入合金片中的武器級鈾，佔比都不大。像福特級航母的一個堆芯，滲透進去全部武器級鈾的總重量也就200來公斤，而一艘弗吉尼亞級核潛艇的單個堆芯，滲透進去的武器級鈾的總量不過100來公斤。要知道純鈾235的比重和黃金近似，200來公斤的純鈾的總體積不過一個臉盆就能全部裝下。而整個堆芯的體積可能有20多個立方米，重量有上百噸。可見這些武器級鈾已經被嚴重打散，這也是為了安全的需要。

這類最大重量只有200公斤的有效鈾235的裝載量，用90%丰度，和用只有其一半的45%的丰度，其實帶來的體積變化微乎其微。無非是從占堆芯1臉盆的體積，變為佔2臉盆的體積。對於航母和核潛艇的堆芯和整個反應堆來說，幾乎沒有差別。俄羅斯核潛艇上基本都用40%上下的丰度。

那麼，在燃料反應性和功能性上，90%和45%有差別么？肯定有，但差別不大。常規的反應性控制手段就能解決。高丰度的核燃料產生的乏燃料會相對「乾淨」些，但對卸載處理這類乏燃料，並不會因為這點差距就區別對待，其危險性是一樣的。

總的來說，各大國的航母和核潛艇，使用什麼丰度的核燃料，對推進堆性能和換料周期上不存在實質性的影響，更多還是各自的使用習慣。真正影響換料周期的，是平台的使用強度、堆內材料和配套設備的壽命，說到底還是材料科技水平的老問題，和用什麼丰度的鈾直接關係不大。

美國海軍下一代的先進推進堆，鈾燃料丰度也不過40%左右，和其他核大國基本看齊了！

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！