水面舰艇核动力装置

编辑:氤氲网互动百科 时间:2020-07-09 07:05:29
编辑 锁定
核动力航母使用的反应堆在技术上与水面舰艇采用的相似,都是使用压水反应堆,压水堆利用轻水作为冷却剂和中子慢化剂,反应堆具有较好的“固有安全性”。但水的热中子吸收截面较大,因而压水堆不能使用天然铀作燃料,而必须使用富集铀。美国航母反应堆燃料的铀-235浓缩度达到93%~97.3%。
装置分类
1、压水堆
加压水型核反应堆采用的主流形式是地面上核能发电站的反应堆形式。实际上,最先研发出来的是潜艇用加压水型核反应堆,发电用核反应堆是作为它的一种应用形式加以研发的。世界上最初的商业用核反应堆是在里科弗的主导下开发的,第一座潜艇用核反应堆的原型STR-1,在地面达到临界5年后,在宾夕法尼亚州核能发电厂启用。另一种陆上用主流型号是沸腾水型核反应堆,但并不适合用作倾斜变化较大的船船动力装置。
2、液态金属堆
另一种船用核反应堆的形式是液体金属反应堆,其冷却剂采用融点较低的钠(1个大气压下的融点是371 K,沸点是1154K)或铅铋合金。世界上第2艘核潜艇“海狼“号SSN 575)就是采用的这种反应堆,后来由于液体钠对配管具有腐蚀作用,因此在1957年服役前就宣布这一设计是个败笔。38年之后的1995年,日本的高速增殖反应堆原型反应堆也发生了二次冷却系统的钠泄漏事件。不过,由于这种反应堆即使不进行加压,冷却剂也能够保持在较高温度,因此,核反应堆容器和配管可以保持较轻的重量。也许是看上了这一优点,苏联海军的A级和M级潜艇都采用了液体金属反应堆。
历史沿革及展望
将核能用于舰艇推进系统的想法,是在发现核分裂后不久被提出来的。实际上在最初阶段,人们并不清楚能否通过将核能瞬间释放达到破坏杀伤的目的,相反本来是打算将能量作为一种陆续获得的动力加以利用。1940年6月成立的美国国防研究委员会就曾提出报告称,当前最有可能的是将核能用作潜艇动力。
然而,当美国致力于核武器开发后,将核能用于动力的计划就暂且搁置了。世界上首个核反应堆CP-1于1942年12月2日在芝加哥大学院内述到临界,其初衷也只是为了生产钵,井非是为了用于动力。真正将核能用于舰船动力的研究是从大战后开始,被称为“核潜艇之父”的美国海军上将海曼·乔治·里科弗为之做出了巨大贡献。 核动力装置将热源置干装置以外,从这点上看可以将其称为外燃动力。从原理上说与以往的蒸气燃汽轮机并无本质区别,只不过是用铀代替了煤炭或柴油,用核反应堆代替了蒸汽锅炉。
现在较为实用的船用核动力装置分为两种形式。其中占压倒性多数的是加压水型核反应堆,即在高压条件下,利用普通水(轻水)作为媒介,将核反应产生的热能导出,产生的蒸汽推动燃气轮机运转。如果按照中子能量加以分类,这种反应堆也就是热中子反应堆,轻水兼用作中子的减速剂。
在加压水型核反应堆中,通过向一次冷却水加压,保持水的高沸点。虽然关于军用核反应堆的详细数据并没有公开资料,但据推测,苏联的核动力破冰船“列宁”号所用的加压水型核反应堆中,一次冷却水的平均压力为,8.8兆帕(约184大气压),平均温度为559K(开尔文)。
美国的民用核动力试验船“萨凡纳”号的核反应堆比“列宁”号的压力小,温度低,分别是12.0兆帕和537K。西德的民用核动力船“奥托,汉恩”号上,蒸汽发生器及水泵都放在压力容器内,压力为6.4兆帕,温度为551 Ko“陆奥”号的核反应堆压力介于两者之间,设计为,0.8兆帕,温度551 K,不过该船满负荷运转的情况从未出现过,因为建造计划最终被放弃了。
词条标签:
中国核学会