好消息传来,中国小型核反应堆出世,核动力航母能否“下饺子”?

前不久,“第16届核工业装备展览”顺利开展,在这次展览中,一则“中核集团研制多功能模块化小型核反应堆——玲龙一号(ACP-100小型核反应堆)”的消息,把有关于“国产核动力航母发展”的讨论推上了热搜。

在此之前,美国的核动力航母就一直是世界各国关注的焦点,反观中国,因为在早期被欧美国家打压,在核动力航母研究方面始终存在一块“心病”。

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而如今,随着“玲龙一号小型核反应堆”的问世,中国建造核动力航母的唯一难点也被顺利攻破。

那这是不是意味着中国的核动力航母可以真正实现“量产化”?“玲龙一号”能不能帮助中国实现这个愿景?

我们要了解,核动力航母对于一个国家的意义是什么,建造航母最关键的难点又是什么?

首先,对于每个国家来说,航空母舰都是军事实力的重要体现,一个拥有航母战斗群的国家,在国际上是拥有“话语权”的。

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航空母舰可以大致分为三种等级,第一种是轻型航母,也就是两栖攻击舰;第二种是比较常见的常规航母;最后一种最厉害,它就是今天要着重讨论的“核动力航母”

只要稍微了解过就会知道,如果在大型的水上军舰上使用核动力的话,续航能力就会得到很大的提升。

同时,军舰自身携带的燃油重量也可以得到很大的节省,节省的重量越大,军舰可携带的弹药和武器数量也会越多,威慑力也会大幅度增加。

目前,中国拥有的两艘航母:“辽宁号”和“山东舰”都是“常规动力”航母。

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常规动力航母想要正常航行就必须及时补充燃油,而这个补充燃油的过程势必会给中国海军带来不小的“麻烦”。

可见,核动力航母是有很重大的战略意义的。我国对核动力航母的研发也刻不容缓。

在过去,“真正”拥有核动力航母的国家就只有一个,因为想要建造核动力航母,就需要掌握最核心的技术——原子反应堆

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原子反应堆的原理看上去并不难,简单来说,就是通过加热液态水使其变成水蒸气,再利用水蒸气带动汽轮机转动产生动力,推进航母前进。

不过,要想实现这个简单的原理,其中的技术难度是特别大的。

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“庞然大物”快速航行,对核反应堆的体积大小和输出功率的要求相当苛刻。

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而玲龙一号的问世,刚好满足了核动力航母对核反应堆体积小型化和高输出功率的两点要求。

“玲龙一号”是全球首个通过国际原子能机构通用反应堆安全审查的先进小型核反应堆技术。

得益于采用模块化设计,玲龙一号多功能小型核反应堆有着体积小、紧凑、输出功率大的特点。

单台玲龙一号小型核反应堆的输出功率为125兆瓦,两台玲龙一号小型核反应堆组合起来将会产生250兆瓦的输出功率。

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经过换算后,两台玲龙一号小型核反应堆的输出功率差不多等于28万匹马力

如果觉得这个数据还不够直观。我们还可以将其与美国海军现役“尼米兹级”核动力航母和美国海军目前最先进的“福特级”核动力航母做个对比。

“尼米兹级”核动力航母上使用了两台A-4W核反应堆,它的输出功率大约是190兆瓦26万匹马力。

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“福特级”核动力航母上使用了两台A1B压水式核反应堆,它的输出功率和玲龙一号差不多,也是28万匹。

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怎么样,是不是想不到,玲龙一号的输出功率居然能和美国海军目前最先进的核动力航母相匹敌,可以说,玲龙一号的输出功率确实是十分优秀的。

除了输出功率,玲龙一号小型核反应堆的尺寸高不超过14米,长、宽也不超过10米。

如果光从体积和输出功率来看,“玲龙一号”小型核反应堆已经完全足够满足一艘10万吨以上核动力航母的上舰需求了。

基于以上两点,有人认为,玲龙一号小型核反应堆完全能够使用到中国的核动力航母上,中国也将实现核动力航母的“量产化”。

那么,玲龙一号小型核反应堆真的可以成为中国核动力航母的“心脏”吗?很可惜,答案是否定的。

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不得不遗憾地告诉大家,这种观点实在是有些高估了玲龙一号小型核反应堆。

虽然玲龙一号小型核反应堆的输出功率和体积和美国的同类型产品相比丝毫不落下风,但它却有个致命的缺陷——核燃料丰度不足。

对于航母来说,要以核反应堆作为航行动力,核反应堆的核燃料丰度就是必须解决的问题,绕不开也躲不掉,否则就会闹出不小的“笑话”:

1954年,美国海军下水了人类历史上的第一艘核动力核潜艇“鹦鹉螺号”,在这之后,美国又开始研制核动力水面舰艇。

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为了加快研究进程,美国曾经直接尝试将核潜艇的核反应堆直接搭载在航母上。

美国忽略了一点,水面核动力装置和水下核动力装置差异较大,相互替换使用的话就会出现很大问题。

由于核潜艇在水下强调更多的是静音效果,而核动力航母则是强调“高速航行”效果,在航母上面直接安装潜艇的核反应堆会直接导致航母动力不足。

为了弥补功率问题,美国海军在自己的第一艘核动力航母“企业号”上整整安装了8台A2W型核反应堆

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不过,因为AW2型核反应堆所使用的核燃料浓度只有6%左右,所以,平均每隔5年,美国“企业号”航母就要入坞修理并且更换燃料。

每一次更换燃料大概要花费近两年的时间,因此,企业号在其服役期间内,大概有1/4的时间都呆在船坞中更换核燃料。

有意思的是,除了美国海军,法国海军也曾经犯过同样的错误。当时法国海军直接把“凯旋级核潜艇”的K-15型核反应堆安装在了“戴高乐号航母上”。

原本法国计划在“戴高乐号航母”上安装4台K-15型核反应堆,可由于经费紧张,法国不得不减少一台K-15核反应堆。

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最终“戴高乐航母”也因为只安装了3台K-15型核反应堆,动力严重不足,最大航行速度只有可怜的27节,而实际只跑出了25节,成为了全球航速最慢的航母。

不仅如此,“戴高乐号”和企业号一样,由于核燃料丰度只有20%,因此每隔4-5年就要更换燃料,从服役至今,“戴高乐号”大多时间也没有在海上执勤。

这样的结果令人颇为唏嘘和无奈,那到底什么是核燃料丰度?

所谓的核燃料丰度其实就是核燃料中的核物质浓度。核物质在不断衰变的过程中会释放出巨大的能量,然后这些能量会以热量的形式发散,达到烧水做功的目的。

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简单的说,航母上的核燃料之所以能够不断地把水烧开,产生高压蒸汽来推动汽轮机发电,就是依赖于核燃料中的核物质

核物质的浓度越高,核反应的持续时间就越长,释放的热量就越大。

国际上对于核物质浓度有着明确的规定,根据浓度核物质浓度的不同,可以将其分为民用级核材料武器级核材料两种。

一般来说,核燃料丰度在20%以下的核燃料可以作为民用核燃料使用,例如民用核电发电站等设施的核燃料水平就是民用水平。

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而在核燃料丰度达到20%以上时就要正式纳入军用核燃料的范畴了。

目前,美国海军现役“尼米兹级”航母使用的A4W型核反应堆的核燃料丰度达到了60%。

凭借着超高的核燃料丰度,美国“尼米兹级”航母在服役期间,平均15-20年才需要更换一次燃料,效率非常高。

而美国当前最先进的“福特级”航母使用的A1B压水式核反应的核燃料丰度更为惊人,达到了前所未有的97%。

也就是说,美国海军“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,整个服役期间不需要更换燃料!

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反观中国的玲龙一号小型核反应堆,虽然输出功率和体积十分出色,但玲龙一号小型核反应堆的核燃料丰度大概只有3%左右。

按照3%的核燃料丰度来计算的话,搭载玲龙一号小型核反应堆的核航母平均2年左右就需要更换一次燃料。

看到这有人可能会想:换燃料有什么关系,玲龙一号有体积小的优势,换起来也不会太难?

这样的说法是非常片面的,如果是在民用核电领域,高频更换核燃料自然不算什么问题,但是对于核动力航母来说,频繁地更换核燃料是一件十分繁琐浩大的工程。

因为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,最后再将核反应堆一层一层地“缝回”航母的船体中。

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这个过程平均需要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燃气轮机。

在航母整个服役期间,大概会有接近一半的时间都在更换燃料,这是换成谁都无法接受的。

不过,虽然我国的玲龙一号目前因为核燃料丰度的问题还不具备上航母的条件,但是玲龙一号小型核反应堆代表中国在核能运用上的一大进步。

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玲龙一号的问世也让我国的科研人员建造核动力航母的信心倍增。

玲龙一号小型核反应堆对于我国有很大的战略意义,关于中国海军能否彻底走向强盛的问题,玲龙一号就是最关键的因素。

现如今,我国第三艘航母正在加紧建造中。我们有理由相信,在有了核反应堆“小型化”的基础后。

在不久的将来,我国就会研发出能够满足核动力航母使用的核反应堆,而中国将彻底地走上核动力技术的尖峰,在这边问大家一个问题,大家觉得我们的第三艘航母会是核动力的吗?