如何評(píng)價(jià)俄羅斯研制出的潛艇永久反應(yīng)堆？

問題描述：如何評(píng)價(jià)俄羅斯研制出的潛艇永久反應(yīng)堆？俄新社7日?qǐng)?bào)道稱，俄羅斯國(guó)家原子能集團(tuán)公司下屬企業(yè)阿夫里坎托夫機(jī)械制造試驗(yàn)設(shè)計(jì)局發(fā)布報(bào)告稱，他們首次研發(fā)并測(cè)試了可供核潛艇全壽命周期使用，即無(wú)需重新填裝核燃料的獨(dú)一無(wú)二核反應(yīng)堆堆芯。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>首先，核動(dòng)力是怎么推進(jìn)的

直至目前，所有已應(yīng)用的船艇的核動(dòng)力，無(wú)論是核動(dòng)力航母、核動(dòng)力潛艇、核動(dòng)力巡洋艦、核動(dòng)力破冰船，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的過程都是：核反應(yīng)堆---高壓蒸汽循環(huán)系統(tǒng)---汽輪機(jī)---發(fā)電機(jī)/變速齒輪系統(tǒng)---推進(jìn)軸---螺旋槳（無(wú)軸推進(jìn)核潛艇則是發(fā)電機(jī)直接到螺旋槳）航空母艦核動(dòng)力系統(tǒng)：

比如航母，反應(yīng)堆通過蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)，產(chǎn)生機(jī)械能，在經(jīng)過齒輪減速系統(tǒng)減速，帶動(dòng)傳動(dòng)軸由螺旋槳產(chǎn)生動(dòng)力。早期核潛艇也是采用這種形式，只是核潛艇要求靜音及空間限制，核潛艇反應(yīng)堆改進(jìn)較快。比如更先進(jìn)的無(wú)軸推進(jìn)，就是反應(yīng)堆帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，直接采用電動(dòng)推進(jìn)。

其次，反應(yīng)堆是什么

反應(yīng)堆是覆蓋裂變堆、聚變堆、裂變聚變混合對(duì)的統(tǒng)稱，一般情況指裂變堆，其通過合理布置核燃料，使得在無(wú)需補(bǔ)加中子源的條件下能在其中發(fā)生自持鏈?zhǔn)胶肆炎冞^程的裝置

高壓蒸汽循環(huán)系統(tǒng)是目前所有核動(dòng)力艦船反應(yīng)堆采用的能量輸出方式，而且目前所有的核動(dòng)力艦船，都是采用壓水反應(yīng)堆，也就是輕水堆（提純的普通水）。水的比熱容很高，可以吸收和釋放大量的熱量，在一個(gè)大氣壓下加熱到100度水就會(huì)沸騰，而在150個(gè)大氣壓下，加熱到343C°不會(huì)沸騰。

壓水反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)由兩個(gè)回路組成，一回路鏈接堆芯和二回路的蒸汽發(fā)生器，一回路內(nèi)保持150個(gè)大氣壓，吸收堆芯熱量冷卻水能達(dá)到300C°以上，冷卻水在二回路蒸汽發(fā)生器的傳熱管中將壓強(qiáng)約70個(gè)大氣壓左右的二回路水加熱至沸騰（約260C°）形成的水蒸氣通過二回路送至汽輪機(jī)，推動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

比如俄亥俄及核潛艇，采用S8G壓水堆及美軍標(biāo)準(zhǔn)壓水堆裝置熱線圖：一臺(tái)反應(yīng)堆、兩個(gè)動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、共用減速齒輪箱帶動(dòng)單軸推進(jìn)一部七葉螺旋槳。

S8G壓水堆熱功率250MW，堆芯直徑1.6m，高度1.7米，60盒鈾鋯合金燃料，富集度40%

那么，能不能做到全壽命不換燃料

核潛艇是全封閉的，如果更換燃料，必須將耐壓殼割開，這可是一項(xiàng)大工程

下圖可見潛艇耐壓殼也是個(gè)相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

更換核燃料需在反應(yīng)堆冷態(tài)情況下更換，停堆冷卻工作長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月，然后轉(zhuǎn)移核廢料要長(zhǎng)達(dá)個(gè)巴渝的時(shí)間，重新安裝核燃料要2~3個(gè)月然后在逐步安裝反應(yīng)堆頂部部件及系統(tǒng)、安裝耐壓殼、安裝反應(yīng)堆上方的設(shè)備、建筑等。

全壽命不更換核燃料這件事，首先設(shè)計(jì)到核燃料的濃度，目前大部分的核潛艇普遍采用20%~40%濃度的燃料，因此其更換燃料周期在3年、5年、10年甚至15年等。如果要達(dá)到武器級(jí)的核燃料確實(shí)能夠達(dá)到延長(zhǎng)更換燃料周期的目的，但是有濃縮需要耗費(fèi)大量的能源也就意味了花費(fèi)更多的成本。美國(guó)可以有，比如弗吉尼亞及可以做到30年不用更換，這技術(shù)已經(jīng)算是很高超了。而且近些年直接取用核彈頭內(nèi)部的超高濃縮鈾來生產(chǎn)燃料板。

另外就是反應(yīng)堆壽命及艇體的壽命，即便是美國(guó)目前也就只能做到以上兩項(xiàng)達(dá)到35年的壽命

那么說到俄羅斯.從技術(shù)基礎(chǔ)上講，俄羅斯或許可以達(dá)到全壽命不更換核燃料。但是他們沒錢去濃縮高濃度鈾用于核潛艇，另外研發(fā)、建造新型材料的反應(yīng)堆及艇體也需要大量資金。有人會(huì)提到俄羅斯拆解了前蘇聯(lián)大量的核彈，這個(gè)很有意思，1994年美俄簽署的“百萬(wàn)噸-百萬(wàn)瓦”協(xié)定介質(zhì)到目前美國(guó)已經(jīng)成功將前蘇聯(lián)核武庫(kù)中15000枚核彈頭轉(zhuǎn)化成美國(guó)的核燃料，占協(xié)議20000枚的75%，僅轉(zhuǎn)換這些燃料耗子80億美元。

所以現(xiàn)在俄羅斯透露已經(jīng)搞定全壽命不換核燃料，應(yīng)該沒有實(shí)際應(yīng)用。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>核潛艇的壽命一般是30年，與潛艇同壽的反應(yīng)堆美國(guó)上世紀(jì)就有，而且美國(guó)福特航母上的核反應(yīng)堆已經(jīng)做到50年不換堆芯，俄羅斯即便做到了30年壽命的堆芯還是落后美國(guó)一代。