[科普中国]-核动力船

核动力船的原理

以原子核的裂变所产生的巨大能量通过工质（蒸汽或燃气）推动汽轮机或燃气轮机工作的一种装置。其工作原理是：核反应堆将核能转化为热能，再利用冷却剂将热能输出堆芯，冷却剂携带的热量通过蒸汽发生器传递给二回路工质，工质受热形成蒸汽，蒸汽进入透平作功，带动螺旋桨转动。舰艇核动力装置技术是指在舰艇核动力装置的建造、使用中所应用的技术。1

优点1、核动力装置使核潜艇能在水下长期连续航行。核动力装置以核能为能源，核裂变时不需要空气，因此核潜艇能在水下长期连续航行，其隐蔽性远远超过常规动力潜艇。

2、续航力不受限制。核反应堆一次装料，可运行几年甚至几十年，如美国正在建造的"弗吉尼亚"级潜艇上使用的S9G反应堆，其寿命可达33年。从而使核潜艇具有"无限"的续航力。

3、大功率。现在已运行的舰艇动力反应堆，单堆功率在30~300兆瓦（MW）之间，有的核动力舰艇（如航空母舰）装有多个反应堆，强大的动力使得这些庞然大物能以20~50节的高航速航行。

核动力船的历史1955年，美国建成第一艘核动力潜艇"鹦鹉螺"号。它服役的最初两年内，一共航行了62000里而无须添加燃料。今天的核子潜艇排水量高达8000吨，潜水深度1000尺，可携带鱼雷或核弹。1961年第一艘核子动力航空母舰美国的"勇往"号下水，是世界最大的战舰，只有美国的"尼米兹"级核动力航空母舰可与之相比。"勇往"号的建造费用高达4亿5千1百万美元，舰上官兵共4600人，排水量86000吨，马力200000匹以上。由于减掉烟囱和汽锅空气入口，航速可以超过35里，可载战机约84架，每15秒可弹射一架飞机升空，效率极高。2

两类核动力船民用船舶1959年美国在客货船“萨凡那”号上试用功率 20000马力核动力装置成功；1960年苏联在破冰船“列宁”号上采用核动力装置,功率44000马力。此后，联邦德国和日本也分别建造了核动力商船。北极级（Arktika)是世界上最大的核动力破冰船，1975年在苏联投入使用。船长134米，宽30米，排水量23000吨，安装2座反应堆，可在北极圈内深水海域使用，破冰厚度2米，Arktika是第1艘达到北极极点的水上舰船！

核动力舰船军用舰艇世界上第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号于1954年1月21日下水并正式服役 ，1月24日首次开始试航 ，宣告核动力潜艇的诞生；世界上最早的核动力航空母舰“企业”号于1961年12月建成服役。美国现代的航空母舰许多是核动力航母。

全世界公开宣称拥有核潜艇的国家有6个，分别为：美国、俄罗斯、英国、法国、中国、印度（印度的歼敌者号核潜艇在建）。其中美国和俄罗斯拥有核潜艇最多。

在五个核大国中，美国率先实现了潜艇全部核能化，英国、法国也在90年代基本实现了潜艇核能化。俄罗斯虽然在核潜艇建造数量上是世界之最，但仍保留了一部分常规潜艇，现中国也装备数艘核潜艇，还是以常规潜艇为主。在世界其它国家中，除了印度租借过俄罗斯一艘核潜艇外，均因各种原因没有装备核潜艇。3

国外舰艇核动力装置的应用概况目前，国外有美国、俄罗斯、英国和法国拥有了核动力潜艇，美国和法国拥有核动力航母，美国和俄罗斯拥有核动力巡洋舰。

1、美国核动力装置的情况美国的舰艇核动力，基本上是在西屋公司和通用电气公司两大企业之间的竞争中发展的。西屋公司设计和建造的是SW系列，包括一座陆上模式堆S1W，及S2W、S3W、S4W、S5W、S5Wa、S5W-Ⅱ、S6W等装艇堆。通用电气公司设计和建造的是SG系列，包括S1G、S3G（双堆）、S5G、S7G、S8G六座陆上模式堆和S2G、S4G、S5G、S6G、S8G、S9G等装艇堆。由燃烧公司设计和建造的是SC系列，只建造了一座陆上模式堆S1C和一座装艇堆S2C。所有反应堆中，除S1G和S2G以外，都是压水堆。美国舰艇核反应堆，无论是SW系列还是SG系列都采用板状燃料元件。

2、俄罗斯前苏联舰艇核反应堆的发展。俄罗斯/前苏联舰艇核反应堆的发展按时间大致可分为四代。

第一代为50年代至60年代中期，研制船用压水堆核动力装置，建造了BM-A型陆上模式堆，反应堆为双流程，热功率为75MW，轴功率1.75万马力，采用盘管式管外直流蒸汽发生器，主要装备于H级和E-Ⅰ级弹道导弹核潜艇、E-Ⅱ级飞航导弹核潜艇、N级攻击型核潜艇。同时研制的液态金属冷却剂（铅-铋合金）快中子反应堆也建造了PM-1型陆上模式堆，热功率为74MW，轴功率为1.75万马力，装备于"阿尔法"级攻击型核潜艇。第一代核动力装置的压水堆和液态金属冷却堆分别建造了陆上模式堆。

第二代核动力装置为60年代至70年代末研制，为紧凑式分散布置，热功率为177MW，轴功率4万马力，反应堆改为单流程，简化了堆内结构，采用了螺旋管式管内直流蒸汽发生器。主要装备于Y级和D级弹道导弹核潜艇、C级飞航导弹核潜艇、V级攻击型核潜艇。

第三代核动力装置为80年代初至90年代末期研制，是第二代的改进完善，初步实现了通用化、模块化设计，增加了可靠性和可维修性。反应堆仍为紧凑布置，热功率为177~190MW，轴功率为4~4.5万马力，采用了列管式直流蒸汽发生器。主要装备于台风级弹道导弹核潜艇、奥斯卡级飞航导弹核潜艇、S级和"阿库拉"级攻击型核潜艇。在此期间，前苏联还研制了水面舰艇用的压水堆，功率为300MW，装备于"基洛夫"级核动力巡洋舰上。90年代至下世纪初研制、建造的"北德文斯克"级攻击型核潜艇上使用的反应堆仍为紧凑布置压水堆，采用了直管式高效直流蒸汽发生器。是第四代反应堆，结构与第三代基本相同，但安静性有了飞跃性改进。总的来说前苏联的舰用核反应堆基本上都采用了压水堆。根据装艇技术要求不同，装置稍有差异。

3、英国舰艇核动力装置的发展英国于1958年在购买的美国S5W潜艇压水堆的基础上，设计建造了陆上模式堆PWR-1。通过PWR-1模式堆，成功地研制了A、B、Z三种型号的堆芯，分别装备于"勇士"级、"快速"级和"特拉法尔加"级攻击型核潜艇和"决心"级弹道导弹核潜艇。1987年，英国建成第二代潜艇动力堆PWR-2的陆上模式堆STF-2并投入运行，研制成功了G型堆芯，已装备"前卫"级弹道导弹核潜艇。

4、法国舰艇核动力的发展法国1960年开始建造PAT陆上模式堆。PAT型分散布置压水堆通过蒸汽透平、减速齿轮带动螺旋桨，轴功率为1.6万马力。新研制的K-15型自然循环一体化压水堆，单堆功率为150MW，轴功率为4.1万马力。该堆已装备"凯旋"级弹道导弹核潜艇和"戴高乐"号核动力航母。1971年开始建造攻击型核潜艇上使用的CAP型陆上模式堆，燃料元件采用棒状。1983年开始服役的"红宝石"级攻击型核潜艇装备了CAS-48一体化压水堆，热功率为48MW，轴功率为9500马力，燃料元件采用板状。4