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美国海军下一代核潜艇反应堆技术

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美国海军下一代核潜艇反应堆技术

核潜艇上的核动力不是可以无限使用的,因为核反应堆也是有寿命周期的。这个寿命周期主要是指反应堆内装填的核燃料(堆芯)的使用寿命。核反应堆运行后,核燃料中的易裂变核素(U-235或Pu-239)就在中子流的轰击下不断进行裂变反应。随着核反应的进行,核燃料中的易裂变核素逐渐减少,反应性也逐步降低。当降低到一定程度时,裂变反应将不能维持,就需要重新填入核燃料。比如,美国“洛杉矶”级攻击核潜艇上使用的S6G核反应堆和“俄亥俄”级战略核潜艇上使用的S8G核反应堆的使用寿命为10~13年。反应堆到了使用年限后,就要进行中期换料大修,以更换堆芯,给反应堆重新装填核燃料。

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但问题是,核潜艇装填核燃料可不像其他军舰加注燃油那么简单,拉根管子就能进行。核潜艇需要进船厂的专用船台,先将反应堆位置的耐压壳体切开,拆除反应堆上方的设备,如屏蔽设备、管路、控制棒驱动机构等,然后再拆除反应堆的顶堆,将整个堆芯吊出来运到专用的换料厂房内,一组一组地慢慢更换核燃料,然后再将新堆芯按照反方向过程装入潜艇。整个换料过程都是屏蔽操作,相当复杂,所需时间也比较长,比如美国“俄亥俄”级战略核潜艇的一次中期换料就需要27个月。

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所以,目前各国新研制的核反应堆都比较注重延长其使用周期。美国为“弗吉尼亚”级攻击核潜艇研制的S9G核反应堆的使用年限就可以达到25~30年,基本上与艇体同寿命。即一炉料可以用到核潜艇退役为止,这是指核潜艇正常执行巡逻值班和训练任务而言,即有相当的使用强度。这样就不需要进行中期换料,既浪费时间又浪费大量的人力物力,还消除了更换燃料时造成核辐射的风险。

美国海军下一代核潜艇反应堆技术

美国海军下一代战略核潜艇SSBN-X不直接使用成熟产品,重新设计持续运行50年的新型反应堆,主要有两个方面的原因。一是S9G反应堆的功率不够。该反应堆的最大输出功率是4万马力,用在不到8000吨的“弗吉尼亚”级上符合要求,但对于新战略核潜艇近20000吨的排水量来说,就带不动了。水下排水量18000多吨的“俄亥俄”级战略核潜艇所用的S8G反应堆的最大功率是6万马力,因此,为SSBN-X新设计的反应堆的功率很有可能超过6万马力。

二是S9G反应堆的寿命周期仍显不足。战略核潜艇由于造价高昂,服役时间一般都比较长,普遍都在30~40年,像美国目前现役的“俄亥俄”级战略核潜艇,最早建造的几艘到目前都已经服役超过30年。再加上美国海军是全球部署,平时的训练也比较频繁,核燃料用起来自然比较费。所以,美国核潜艇反应堆的工作年限一般都是取下限。显然,S9G反应堆25~30年的寿命仍然满足不了与潜艇同寿命的设计要求,所以才将新反应堆的运行寿命增加到50年。

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