小型反应堆“玲龙一号”有望在2021年正式开建的消息一出,一石激起千层浪。
小型反应堆一直都是我国核动力航母的“心病”所在。
这次的“玲龙一号”是否就是“解药”。
众所周知,按动力装置航母可分为核动力航母和常规动力航母,而核动力航母也是一个国家实力强弱的重要象征。
目前全世界只有美国和法国两个国家拥有核动力航母,而我国的两艘航母全是常规动力航母。
其中辽宁舰结束了我国没有航母的时代。
山东舰是我国第一艘国产航母。这无疑加大了人们对我国第三艘航母的期待。
其实我国对航空母舰的研究也是历史悠久的,有一张在网络流传甚广的老照片,照片中的老人,就是“中国航母之父”刘华清将军。
1980年,刘华清到美国参观了“突击者”号航空母舰。这艘航空母舰不管是整体规模还是作战能力,都让刘华清十分震惊。
看到这张照片,忍不住湿了眼眶。
当刘华清将军站在美国的航母上,踮着脚尖,小心翼翼地看着美军先进的机器设备时,他心里一定在想,有朝一日,中国也要有自己的航母!
然而我国航空母舰的研究道路却是路漫漫其修远兮。
在上个世纪90年代,我国进入了实质性意义的航母预研阶段。
随后逐渐走上了“模仿”的道路,先是从乌克兰引进“瓦良格号”。
2005年我国航母终于得以立项。
2012年,中国第一艘航母“辽宁号”正式服役。
2017年我国首艘自主建造的国产航母“山东舰”成功下水。
这些都表明中国已经掌握了研制航母的核心技术,但是却迟迟没有研制核动力航母。
原因其实就在于我国的小型原子反应堆的技术还不够成熟。
核动力的原理就是利用核反应堆产生的热量,将液态水变成高温高压水蒸气,然后推动蒸汽轮机转动,进而带动主轴和螺旋桨工作,由此推动船舶向前航行。
其实原子反应堆的工作原理与传统的锅炉和蒸汽轮机动力的联动作用是一致的,只不过在产热工具上做了实质性的改变,变成了更高端的核反应堆。
小型原子反应堆的难度系数十分高,许多国家为了研究出小型原子反应堆也是煞费苦心。
由于核电力航母本身体积庞大,再加上航母上搭载的舰载机数量之多,要想推动这样的“巨型怪兽”在海上自由航行,难度是很高的。
而“玲龙一号”的出现,对我国是有着里程碑式的意义,它是全球第一个通过国际原子能机构反应堆安全审查的先进反应堆技术。
其体积很小,长约为14米,宽约为8米,单座设计热功率为310MW,电功率为100MW,燃料补充周期为2年左右。“玲龙一号”的马力可以达到30万匹。它的一系列指标已经达到了大型核动力航母的标准。
助力003号航母的研发?
很遗憾,玲珑一号并没办法成为核航母的动力源。
因为“玲龙一号”小型核反应堆有个十分致命的缺陷,那就是核燃料的丰度不足。
虽然它虽然整体设计非常先进,燃料的利用率也十分高,但是由于采用了铀235,这种民用核燃料棒的丰度只有3%,因此一旦投入使用就必须每两年更换一次燃料。
而更换燃料对于核动力航母来说,无疑是是一次开膛破肚的大手术,过程耗时耗资。
要知道美国的尼米兹级航母A4W核反应堆20年左右才需要更换一次燃料,而福特级的A1B核反应堆50年才换一次,也就是服役期间都无需换燃料。
“玲龙一号”由于丰度太低,并不足以支持大型军舰的长时间的航行,所以现在还没有投入军用。
对于核动力航母而言,核燃料丰度不足造成的影响其实是巨大的。其他国家就有许多前车之鉴。
拿美国来说,美国“企业号”航母的AW2型核反应堆所使用的核燃料浓度仅仅只有6%左右,当时美国没有考虑到这个问题,贸然下水,结果平均每隔5年,该航母就要入坞修理,更换燃料,每一次都要耗费将近两年的时间。
因此,“企业号”在其服役期间内,大概有四分之一的时间都呆在船坞中更换核燃料。
然而并不只有美国犯过这样的错误,法国也曾经“误入歧途”,法国最开始的计划是在“戴高乐”号航母上直接安装4台凯旋级核潜艇的K-15型核反应堆。
但是出于成本问题,他们决定拿掉一台反应堆,只安装了3台K-15核反应堆,所以最终导致了“戴高乐”号航母只有7.6万马力,最大航速只有区区的27节,但是实际效率更低,只有可怜的25节。
这也让“戴高乐”号航母在全球出名了,以全球最慢航母的称号被广为流传。
除此之外,“戴高乐号”平均4~5年就得更换一次燃料,所以服役至今,戴高乐号没有太多时间在海上执勤。
而我们虽然已经拥有093、094型等多种核动力潜艇,但是鉴于航母体量太大,法国那生搬硬套的方法是万万不可的。美国和法国已经告诫了我们,如果想研发出性能较好的核动力航母,那就要先解决燃料丰度问题。
其实就是核燃料中的核物质浓度。
核燃料在不断衰变的同时还会伴随着释放出巨大的能量。这些能量最终会以热量的形式发散,最终达到烧水做功的目的。这也就意味着核燃料浓度越高,那它的核反应的持续时间就会越长,释放的热量就会越大。
美国海军现役“尼米兹级”航母使用的A4W型核反应堆,丰度达到了60%。
凭借着超高的核燃料丰度,在服役期间,效率非常高。而美国当前最先进的“福特级”航母使用的是A1B压水式核反应,这个核反应的核燃料丰度更是令人瞠目结舌,竟然达到了97%,这是前所未有的。
这也就意味着,美国海军的“福特级”核动力航母的核燃料,从航母建造完成下水服役的那一刻起,整个服役期间就都不需要再更换燃料了。
而我国的“玲龙一号”小型核反应堆的核燃料丰度大概只有3%左右,那么倘若搭载“玲龙一号”小型核反应堆的核动力航母,大概平均2年左右的时间就需要更换一次燃料。
然而要为核动力航母更换核反应堆必须先将航母“开膛破肚”,然后用专门的设施更换燃料,再将核反应堆一层一层地“塞回”航母的船体中,最后再将船体恢复原样,这个过程平均就需要1-2年的时间。
如果让3%核燃料丰度的核反应堆上舰的话,使用效率可能还不如传统的燃气轮机。而且在航母的整个服役期间,大概会有接近一半的时间都在更换燃料,这从我国投入的人力物力以及回报率方面考虑的话,是得不偿失的。
那么可能有人就会说了。
我国所有的核电站和民用的核反应堆用的是丰度为3%-5%的铀235,属于低浓缩铀。
而核潜艇和航母用的都是高丰度的武器级铀235,即93%铀235丰度。
铀235的精炼技术是非常复杂的,成本也巨大。
目前各国主要是通过大型离心机来分离出浓缩铀,也就是气体离心法,虽然该方法相较于传统的浓缩铀提取方法在耗电方面已经有了很大的进步。
但是通过气体离心法分离高浓缩铀,需要有数万台的离心机同时运作,气体离心机与普通的离心机大不相同,它在精密度、功率方面都有了更苛刻的要求,因此耗电量也是十分惊人。
据悉,想要制造出武器级铀235,差不多要消耗一个中等城市的用电量,再加上工厂建设、科技支出、大量人员工资等,绝对是一笔海量的费用。
由此可见分离出高浓缩铀所需的耗电量和成本并非是任何一个国家都负担得起的。
低丰度的核燃料是在已经精炼好的高丰度燃料的基础上进一步分离出来的,实际上低丰度的核燃料在比高丰度的还要贵,虽然在成本方面,高丰度的核燃料相较于低丰度的核燃料有一定的优势,但是高丰度燃料却存在着许多的潜在风险。
高丰度的浓缩铀需要更小的核反应堆体积,以此来提高燃料的使用效率,减少所产生的垃圾。但是一旦核反应堆失控就很容易发生核事故。
而核事故所带来的危害是难以想象的,除了要清除转移燃料棒,“清污”工作也是一件令人头疼的事。因此增加核燃料的丰度并非是简单的一个单向操作,还需要考虑其可能存在的一系列连锁反应。
既然“玲龙一号”不能用在核动力航母上。
“玲龙一号”体积更小,也比较灵活,因此它能够很好地进行模块化制造、模块化安装。鉴于它的众多优点。
所以“玲龙一号”的应用是十分广泛的,它可以成为可移动的核电机组,就像一个可移动的海上“充电宝”。
可以给边远地区供电、供热,甚至可以在海上做浮动电站。
建造在船上的“玲珑一号”还可以为船,小区,海岛开发提供能量,当船只搭载着玲珑一号靠近海岛的过程中,为岛上的小区提供暖气和电力,可以为城市中的工业用电和工业供能提供能源。
船只经过海上钻井平台的时候,也可以为钻井平台提供能源和电力。
它还可以根据用户需求量身打造,堪称方便,简单,安全,灵活,高效的供能设备,未来可以将这种小型堆更加小型化、紧凑化,更加地先进、安全。
比如说车载的核电源,装到人造卫星、太空飞船上,提供强大的、稳定的、长期的能源。这样就可以积极地响应节能减排的政策,也可以更加安全、有效地利用核能。
虽然目前我国依旧没能拥有核动力航母,但“玲龙一号”的出现也意味着我国技术的更上一层楼了,我们需要对我国以及还在艰苦奋斗的国家科技人员有信心。
所谓万事开头难,有一就会有二,“玲龙一号”的诞生仅仅只是一个开始。相信之后我国的航空母舰技术会越来越完善,但那时国产核动力航母对我们而言将是“小菜一碟”。
不是的话,你认为可能是第几艘呢?欢迎在评论区留言告诉我哦。
页面更新:2024-06-21
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