核动力航母、巡洋舰不开的时候,核动力去哪儿了?会关闭核反应堆吗?

梁老师说事为您回答这个问题。

核动力航母在停下来之后,核反应堆是不会关闭。

说到这里,很多人感觉,东西都不使用了,还在运转,这不是浪费吗?

一点都浪费不了。

比如,在舰船停靠之后,这些核动力装备都会维持一个最低运转。

当然不管是最低还是最高,在这个运转过程中,一定会产生出一部分能量,这部分能量在转化为电力之后,会通过一条从船上接出去的电缆,连接到港口一个类似于电池的设施上。

所以产生出来的能量是不会浪费的。

说到这里问题来了,为什么要这么大费周章的呢?干脆关停了不就完事了吗?

要想把这个问题回答好,首先需要了解一下核反应堆的工作原理才成。

核反应堆的工作原理。

核反应堆的工作原理,其实和蒸汽轮机的工作原理差不多,都是产生热量,将水烧开,让水变成水蒸气,然后用水蒸气去推动汽轮机。

将热能转化为机械能来使用的。

区别是,一个是烧原子,一个是烧重油。

那么核反应堆是如何去烧这个原子呢?

如今释放核能有两种方式,一种是核裂变,简单的说就是让一个原子变成另外两个不同的原子,在这种原子撕裂变成新原子的过程中,就让释放出大量的能量,这种能量通常是以热的方式体现出来的。

那么如何让原子进行核裂变呢?

经过研究发现,目前发现的所有元素,从最重的元素开始,一路向下直到铁元素。

这些元素的原子内部的能量储备都是呈现一种连续变化的。

什么意思呢?重元素的原子所包含的能量,总是比轻元素的原子所包含的能量多。

也就是说重元素的原子在变成轻一点的元素原子,是不能容纳重元素的所有能量,会将这部分多余出来的能量进行释放。

但问题是,大部分的重元素原子结构是非常稳定的,以现在的技术是没有办法破开稳定结构的重元素原子结构的。

所以想要进行核裂变,只能从原子结构不稳定的重元素身上下手。

比如说铀235,就属于原子结构不稳定的重元素,这种元素不理他,他自己都蹲在那里进行自我裂变,这就是人们经常说的放射性衰变。

所以利用核裂变,其实就是人为的加速这种原子结构不稳定重元素的放射性衰变。

怎么去做呢?

比如针对铀235的裂变,可以使用一枚中子,去主动轰击铀235。

咔嚓一下铀235的原子核就裂开了,变成了两到三个小一点原子核。

那么原子核之间的不同,其实最大的区别就是原子核内部包含的中子不同。

当重原子核变成几个轻原子核之后,是不能够容纳下全部铀235的中子。

所以在中子的轰击中,铀235不仅裂开变成了全新的原子核,与此同时还会有两到四个中子被释放出来。

那么这些被释放出来的中子,继续撞击下一波的铀235。

这样下去,每一个阶段的撞击,出现的中子会成几何倍数的增加,表现出来的现象就是从中产生的热量也是成几何倍数的增加。

如果这种状态不加以控制,任其无限制的进行下去,结果轰的一下,就出现了原子弹了。

那么有效的控制这种成几何倍数的中子撞击,让他在一个安全的范围内进行裂变,从而安全的提取这些热量为我所用,这就是核反应堆。

核反应堆不仅可以装到舰船上,还可以装到发电站里边。

再有一种核能,就是核聚变。

这个和核裂变是相反的,使用两个以上的轻一点的原子核,让他们在压力下进行聚合,变成一个重一点的原子核,通常情况下使用的原料是氘和氚。

那么在这个过程中,同样会释放出巨大的能量,而且这股能量比核裂变还要巨大。

核聚变以目前的技术是无法控制的,自然界唯一能控制核裂变在安全环境中反应的只有太阳做到了。

所以能利用的只能是不加以控制的核聚变,这就是氢弹。

那么为什么核聚变无法控制呢?主要原因是以现在的技术是无法做到将核聚变束缚在一个固定的区域内进行反应。

而太阳之所以能对核聚变进行安全利用,有两个原因,第一是因为他自身具备的巨大压力,让这些原子核没办法跑到别的地方去,第二就是高温同样可以束缚核聚变的范围,太阳的中心温度高达一千五百万摄氏度。

那么在地球上,是没有办法制作出类似于太阳那种压力,如果单纯的用温度去束缚,这就需要超过一亿摄氏度的温度。

这个级别的温度,以现在的技术制作出来的材料是根本扛不住这么高温度的持续熏烤。

所以现在想要进行人工核聚变,只能利用磁场来束缚了。

这也让核聚变只能停留在实验室里,而不能加以利用。

对于核能有了了解,再来看看,如何有效的控制核裂变。

控制核裂变

文章之前说了,核裂变的产生主要是利用中子的轰击维持下去的,那么控制核裂变,最简单的办法就是把中子的个数控制在一个安全的范围内,或者将中子的速度减弱,让这些速度减弱的中子,没有了破开重元素原子核的能力就可以了。

那么到时候核裂变的反应,就会有效的控制在手里了。

控制中子的数量,比较简单,寻找可以吸收中子的材料,比如碳化硼,银铟镉等等,把这些材料制作成控制棒。

当核裂变的反应中子数量过多,插入控制棒吸收,当中子数量变少,拔出控制棒。

至于让中子减速,这就需要重水,水或者石墨作为慢化剂,来进行控制了。

反应堆使用的慢化剂不同,反应堆的类型也就不同,这就有了轻水堆,重水堆和石墨堆的区分。

现在知道了反应堆热量是怎么来的了,接着了解一下这些热量怎么被取走利用的。

反应堆热量的利用

核裂变出来的能量,不仅有可以利用的热量,还有一些辐射。

辐射是不能利用的,反而有害,那么如何把这些热量给取出来呢?

这就需要冷却剂了。

冷却剂从反应堆中把热量携带出来,然后冷却剂进入到一个热交换装置中。

这个装置简单的说,就是里面盘着一圈圈的管道,管道里边流淌的就是来自于反应堆的冷却剂。

管道外面就是水。

当冷却剂携带热量,在这一圈圈的管道中流动,最终出来之后,身上所携带的热量,就会被热交换器中的水给吸收了。

这就相当于用燃料不停的烧这些水,最终水沸腾,水蒸气就会从另一根管子倒出来。

这些水蒸气的温度不仅高,压力还大。

那么汽轮机使用的就是水蒸气的压力,所以这个时候,在这根喷水蒸气的管子出口,做一个又窄又小的碰口,进一步增大水蒸气的压力。

这个时候,水蒸气一旦喷出来了,喷到汽轮机的叶片上,汽轮机就开始转动起来。

这就完成了热能向着机械能的转化。

这股输出的机械能,一部分导引出来直接连接到螺旋桨上,螺旋桨转动,舰船就可以进行移动了。

另一部分转化成电能,疏导到电池里,提供给舰船各个部分使用,比如升降机,电子设备的运转等等。

所以反应堆是这么利用的。

核动力舰船停靠之后,为什么不能关闭核反应堆呢?

在文章最开始的时候,就已经说过了。

核反应堆,其实就是将核裂变控制在一个安全的范围内加以使用的。

那么能进行核反应的核燃料,必须具备两个特点。

第一个是重元素,第二个元素的原子结构不够稳定,只有这样中子才可以拆开原子核,让重元素原子变成轻一点元素原子。

那么原子结构不稳地,也就意味着,就算是不用中子去轰击原子,这些元素依然会进行自我的衰变。

好了,有了这个知识。

那么下面出现的现象就好解释了。

当把所有的控制棒塞入到反应堆里边,去将所有的冲击原子核的中子全部吸收干净。

核反应堆就停了下来。

这很安全吗?恰恰相反,这非常的危险。

就算是把中子全部吸收了,核燃料本身还会进行自我的裂变。

而反应堆停堆了,那么这种核裂变是控制不了的。

结果就不言而喻了,最后堆芯都可能烧化了,导致核燃料的外泄,污染可就来了。

说道这里,有些人会产生质疑。

这种自我裂变很恐怖吗?那么自然界中的这些不稳定的元素,难道就不会自我裂变?

也没发现有什么恐怖的?

别忘记了,自然界的这种不稳定元素很少,比如铀矿。

这种东西不是任何地方都有的,而且被称之为铀矿的东西,里边的铀含量并不高,一般的含铀量是0.1%到0.2%,这里边不仅包括了铀235还包括了铀238。

而反应堆中使用的核燃料是经过多次提纯的。

也就是说自然界中的铀矿自我衰减能量不大,而反应堆中的铀因为提纯的原因,就算是自我衰减,时间稍微一长的话,散发出来的能量还是相当巨大的,融化一个堆芯还是没有问题的。

要知道核动力航母上装在的核燃料,浓缩度达到了90%以上的。

再有一点就是,反应堆停堆不是说,一下子把控制棒插入到里边,吸收完中子就可以了。

这个过程是一个循序渐进的过程,整个系统他是热的,而且温度很高,如果快速的将反应停下来,那么这套系统因为突然的降温,管道和设备多少都要出问题的。

一旦出了问题,维修起来可不是十天半个月就可以解决的。

所以想要完全关闭堆芯需要十来个小时。

十来个小时的时间,做什么不好,非要去关闭堆芯吗?要知道核燃料装进去之后,四五十年都是不需要更换核燃料的,何必节省这点能量呢?

再说,关闭的时候需要十几个小时,让反应堆重新启动同样需要更多的时间。

那么军舰这些军事装备,不用的时候非常好说,但一旦要用到的时候,都是争分夺秒的,要是用十几个小时甚至是几天去启动。

老话怎么说的?黄瓜菜都凉了。

所以核动力舰艇,靠岸之后,一般情况下多是维持一个低功率的运转,这个时候输出的能量大多都转化为电能,而这些电能会被转移到岸上的设施使用。

而要启动这样的低功率运转的反应堆,通常半个小时,最多也就两个小时就可以了。

最后说一点,核动力航母和常规动力航母的比较。

首先是动力输出的巨大优势,以美国的尼米兹航母为例,一条舰艇上两个堆,一个输出十四万马力,全舰总功率就达到了二十八万马力,足够一座中型城市使用的了。

接着是续航,核动力航母,在三十节的高速航行下,可以连续不断的航行一百万多海里。

再有就是,核动力航母是不用携带燃油的,这就让核动力航母可以携带更多的航空燃油。

比如尼米兹航母可以携带三百五十万加仑的航空燃油。

而肯尼迪号就只能携带一百八十万加仑的航空燃油,另外还得携带二百四十万加力的重油。

这个作战能力的区别就大了。

当然核动力航母的缺点也是有的,最大的毛病就是价格昂贵,比如尼米兹的价格是四十五亿美元,在以后五十年的服役期间,维护费还得掏一百二十亿美元。

如今新出来的福特级航母,造价翻了好几倍,直接达到了一百三十亿美元,毛病还不少。

这些核动力航母造的时候费钱,用的时候费钱,就算是拆解的时候也费钱。

比如第一艘核动力航母企业号,在2012年退役,当时给出的拆解费用是七亿美元。

结果拆着拆着就变成了十五亿美元。

这还不算,拆解的时间更是长达十五年的时间,这里边最麻烦的就是核反应堆的拆解。

别的不说企业号的八个核反应堆,拆解的时候不仅要花费八亿美元,还需要四年的时间。

那么今天就到这了,喜欢的话,点个赞,再加个关注,方便以后常来坐坐。




核动力军舰说白了就是利用核反应堆产生的热量烧开水,然后开水不断产生蒸汽,蒸汽带动螺旋桨和发电机运行,从而为军舰提供前进动力和各种电力能源。军舰核反应堆运行主要依靠的是高丰度的铀235燃料棒发生裂变,裂变过程中再释放中子轰击其他铀235原子,从而形成加速的链式裂变反应,在这个过程中能够释放出大量热能,从而加热锅炉,因此要控制反应堆的功率,只需要调整中子数量即可。
(舰用核反应堆结构)

反应堆燃料棒主要是由碳化硼、银铟镉等容易吸收中子的原材料制造而成的,在需要核反应堆低功率运行时,只需要将控制棒往反应堆中心插深点就能吸收大部分中子,失去中子,核裂变的速度就会变慢,产生的热能减少,功率自然也降低了。反之如果需要核反应堆全功率运转,则只需将控制棒抽出,让反应堆自由释放中子,核裂变就会大幅度加速,功率就会提升。
(粗管即为核反应堆控制棒)

那么如果军舰靠港,不需要使用动力的时候,是不是直接将所有控制棒插到底让反应堆停堆就行了?核燃料棒插到反应堆底部确实能够吸收绝大部分中子,使的链式核裂变反应无法持续,燃料棒也就处于亚临界状态,反应堆处于实际停堆状态,看起来似乎很节约能源的样子?想象很丰满,现实很骨感!
(尼米兹航母核动力装置剖面图)

核反应堆在停堆之后因为铀235的自发衰变,仍旧会持续向外界散发热量,而这些热量累积到一定程度后可能会导致堆芯融化,进而造成核燃料的外泄和恐怖的核污染,因此在停堆后还必须进行余热导出作业,持续不断地进行维护,做大量的后期工作,军舰停泊三天,两天维护反应堆?可能吗?(福岛核电站虽然已经停堆,但是仍持续向外散热,而携带了辐射的冷却水也不断排入海洋)

更棘手的是反应堆停堆后的冷启动,停堆后的反应堆已经失去了自持性的链式核裂变反应,难道不能把控制棒抽出来一点,让其自由释放中子重启吗?当然不能,停堆后的反应堆内部因为中子数量太少,无法被中子检测器准确检测,因此单纯的抽出控制棒很难准确判断中子的产生数量,而且因为军舰使用的核燃料棒都是高丰度的铀235,所以一旦尺度把握出现一丝偏差,就可能引起整个反应堆的过热甚至爆炸,严重的就会导致无法挽留的恐怖核事故。
(切尔诺贝利核电站爆炸)

因此核反应堆冷启动一般使用的是外部中子源棒,中子源组件经过临界增殖后能够产生足够多的引发核燃料链式裂变的中子,而这些外界产生的中子时刻都处于中子探测器的严密监督之下,安全性就有了不错的保障,而这还只是冷启动的第一步而已。反应堆在经过中子源启动后,往往还要经过一回路注水和二回路注水以及低功率试运转等许多繁琐的准备和调试过程,即使再快肯定也需要几天的时间,如果军舰靠港就停堆,岂不是每次都要花费几天时间进行反应堆启动?这显然是不现实的。
(中子源启动反应堆)

因此大部分军舰所采用的方式都是在军舰停泊靠港后将控制棒插深一点,维持反应堆的低功率运转,产生的能量可以用作发电,维持军舰基本设备的运转以及满足水兵的生活所需。而在启动时,因为反应堆本身就是低功率运行,无需冷启动那一套繁琐程序,只需要用中子探测器检测一下,然后根据探测值直接将控制棒抽出一些就ok了,最多也不会超过两个小时,是不是so easy?
(美国华盛顿号航母停靠韩国港口)




核动力系统,从基本原理上来看,通俗而言其实和常见的蒸汽锅炉比较类似。核反应堆主要进行可控的核裂变反应释放出巨大的热能,之后这一热能用来对冷却水进行加热,促使其转变成高温高压的水蒸气,利用这一水蒸气就可以进行各种能量转换已满足舰艇上的动力需求。一方面可以用来驱动汽轮机进行发电,供应军舰上各种作战指挥系统、电子系统等装备的电力,或者用来驱动螺旋桨高速旋转,从而推动舰船向前行进;另一方面也可以用来进行加热淡水,为舰艇战斗人员提供足够的热水使用。

核动力装置的动力输出大小就在于对堆芯中的核反应强度和速度的控制,从公开资料显示主要有两种方法:第一,控制堆芯中重水量来控制反应速度;第二采用控制堆芯燃料棒的数量来控制反应强度。

无论是哪一种方式,对于采用核动力装置的舰艇而言,反应堆功率大小都是可以人工控制的,并不是一直都是出于高强度大功率输出状态。当这些核动力舰艇出于靠岸停泊时,就会对核动力系统进行操作,让其处于一种低功率工作状态,只需要满足舰艇上设备和动力系统最低需求即可。当然,也可以根据任务需要,随时都可以将其功率输出扩大,进入到航行状态。

关闭核反应堆再启动的代价就比较高,耗时耗力,一般只有在返厂进行大修,或者添加燃料棒时才会关闭核反应堆。

不过这时,一般舰艇上还有辅助动力系统,比如燃气轮机或者柴油机,可以照样为舰上设备提供动力保障。

这个问题就说到这吧。




呵呵,在今日头条真是十万个为什么。

简单点说,舰用核动力的使用规律,是越用越好使,而非在驻泊和维护时要关掉它,按其技术,也无法关掉。那么知识点来了,烧油的发动机,只要不启动,即可节省燃料,怎么核引擎就不成呢?

不是说把控制棒抽出就可停止核燃料的燃烧吗?问题的答案很清楚,不是这样。核燃料是不稳定的,还会自我衰变,由此会可能带来的后果相当严重。所以自从它开始工作,便停不下来,基本可以说,自投入使用的那一刻,便会永停息,直至燃料烧尽。

所以核动力技术并不为大多数国家所掌握,认真数一数,只有联合国五常国家所拥有,致于其它国家如印度,有了自己的核潜艇,也是偷师学艺水平。

核动力好,都知道,几乎是无限动力,加速快,机动力强,然也有技术复杂,制造成本高的特点,真正拥有核动力航母的国家就一个,就是美国。

法国核动力航母,因为使用了核潜艇的动力,改进水平不高,大部分处于维护状态,也见制造难度之高。制造难,善后更难,核废料处理如美国,一般处理方式,拆除以后使用防泄露材料密封起来,沉之海底,即便这样,被国际专家指称也并不安全,仍有泄露的危险。

安全性与可靠性,成为检验核动力水平的唯一指标,可见即便核动力发达如美国,仍然存在诸多不安全因素。关不掉的反应堆,从而成为世界级难题。




谢邀。核问题问W君就对了。

先直接回答案:核动力航母、巡洋舰以及核潜艇在不开的时候,核动力是可以保留起来,差不多就是关闭核反应堆的小功率运行状态。


我们可以看到各种各样的核反应堆,大到有几件屋子大,小的也就是一个电脑机箱的大小。

但如果只知道核反应堆而不了解反应堆的结构是远远不够的。


无论是什么类型的核弹应堆其中最重要的两个元件就是“控制棒”和“燃料棒”。这两个元件决定了反应堆的功率输出强度。


通常的情况下核反应堆的燃料棒会以束棒的形式插入到反应堆内部。


这个东西从表面看好像就是一根根不锈钢管。

而如果将他们剖开后则会发现这些不锈钢管内是内有乾坤的。


这里面黑色的圆柱体就是石墨包裹起来的核燃料了。

当这些管子被插入到核反应堆的内部,燃料棒内的燃料就会被中子所碰撞发生核裂变反应。


但是如果核裂变反应在反应堆这么高功率的密度下不被制止的话,就会迅速的转变成链式反应从而发生核爆炸。

这里我们就需要吸收中子而不额外的释放出中子的物质吸收掉多余的中子。这个东西就叫做控制棒。


通常控制棒是以银、铟、镉等金属制成的合金,当它们插入反应堆的时候核裂变释放出的中子就被大量吸收或减速。


这时核反应堆内产生的中子由于不能全部的轰击到铀原子核就会降低核反应堆的输出功率。如果控制棒插入的更多,绝大多数的中子都被吸收,这时停堆了。


通常的情况下航母靠岸反应堆内插入控制棒会让航母的反应堆维持5%以下的输出功率。这时对核燃料的保护作用增加,也就是把核动力保留起来了。

等航母需要出航的时候,拉出一段控制棒,核燃料被更多中子击中这时候航母的动力也就恢复了。

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页面更新:2024-03-22

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