送交者: 力偉 于 September 29, 2002 00:03:17:
2002年09月24日 14:17
提起核，人們想到的也許是騰空的烈焰、翻卷的蘑菇云﹔還會想到恐怖和死亡。可是核潛艇的反應堆為什么卻能如此地溫馴呢？下面就讓我們一起揭示----核潛艇的核祕密
文 力偉
核潛艇的核祕密來源于核反應堆。核反應堆是核潛艇的動力之源。正是因為核反應堆的出現才使潛艇成為真正的"海中蛟龍"。
潛艇的生命之堆
核潛艇是以核反應堆作動力源的潛艇。由于核反應堆的功率遠遠超過常規潛艇，使得核潛艇的吨位可以很大，航速也可以很高。例如，美國的"洛杉磯"級攻擊型核潛艇，反應堆功率2．6萬千瓦，航速32節。核潛艇一次裝料雖然數量不多，但可使用數年甚至20余年，而且不需要氧气。因此，核潛艇的續航時間和距离几乎不受限制，核反應堆發出的電能源源不斷，可以為艇上武器使用和人員生活提供充足的電能。潛艇上無線電發射、聲納發射和水聲通話系統所需的電力主要就是靠核反應堆提供的。
核潛艇上提供氧气的主要設備是制氧机。如果核反應堆停止運轉，制氧机就會由于沒有電力而失去作用。另外，潛艇上使用的淡水也是從海水中提取的，提取時也必須靠核反應堆提供電力。還有潛艇上的空調、照明等用電，更是一刻也离不幵核反應堆提供的電力。
所以，如果核反應堆停止運行，核潛艇就不能再前進了，艇內各艙都會變得一片漆黑，艇員在潛艇中的生活也會十分困難。因此，人們都認為核反應堆是核潛艇的"生命之堆"。
取之不竭的核能
按照核反應方式的不同，可以將核反應堆分為核聚變反應堆和核裂變反應堆兩大類。核聚變反應堆是利用輕核之間發生聚變反應釋放能量的核反應堆。核裂變反應堆是利用重核裂變反應釋放能量的反應堆。核裂變反應堆按照不同的核裝料和核裝料所處的狀態可以分為不同的類型。目前，世界各國核潛艇上的核反應堆主要是壓水堆。正在研究的堆型有气冷堆、快中子堆、熔鹽堆等。所謂壓水堆，是指以普通水為導熱介質，使水處于高壓狀態的核反應堆。在當今的地球上，還沒有哪一种能源能与核能的密集度相媲美。正因為如此，核裝料并不太多的核反應堆卻能以其巨大的能量推動核潛艇前進。
火熱的燃料芯塊
核潛艇的核燃料，一般都是經高溫燒結的圓柱形二氧化鈾陶瓷塊，即燃料芯塊。其堆芯周圍充滿了作為慢化劑和冷卻劑的水，而且還有一層反射層，以便傳遞熱量并將堆芯泄漏出的中子反射給堆芯，以提高核反應的效率。這些材料都裝在一個耐高壓、高溫的壓力殼內，构成了核潛艇的核反應堆艙。
燃料芯塊在發生裂變反應后，產生的熱量首先傳到芯塊表面，然后傳到包殼表面。最后，由包殼表面傳給冷卻劑---水。
核潛艇在正常工作情況下，芯塊產生的溫度比火苗的溫度還高。堆芯的熱量傳給水后，壓力殼入水口處的水溫約為293℃，出水口處的水溫約為329℃，堆內的壓力為150多個大气壓。在這一壓力下，水的沸點為345℃，所以，核反應堆內的水是不會沸騰的。這就是人們將核潛艇的核反應堆稱為壓水堆的原因所在。
神奇的控制魔棒
高溫高壓水离幵核反應堆后，就進入蒸汽發生器，將蒸汽發生器管外的水加熱成蒸汽。所以，整個核反應堆就像一台大鍋爐，但這台"鍋爐"的"鍋"与"爐"分幵了，核反應堆相當于燃料的"爐子"，蒸汽發生器相當于"鍋"。"鍋"与"爐"之間通過循環泵及管道連在一起。
那么，核反應堆是怎樣調節其反應速度，以滿足核潛艇運動時快時慢要求的呢？
根据核反應堆的工作原理，如果改變堆內的中子數和中子密度，就可以改變核反應的劇烈程度，從而改變核反應堆的功率。核潛艇是用控制棒和化學控制兩條途徑來控制核反應堆反應速度的，從而使核潛艇做到快慢自如。
按照這一原理問題就簡單了，若想使核反應堆停堆，衹需將控制棒完全插入堆芯中即可。這樣，由于控制棒吸收了大量中子，堆芯就會由于中子數量不足而使裂變反應難以為繼，核反應自然就會減弱或停止運行了。
嚴密的防範措施
由于核反應堆一般不能輕易停堆，所以，核潛艇在靜坐海底待敵時，其噪聲要比同樣條件下的常規潛艇大得多。當核潛艇失事沉入海底后，由于海水長時間的不斷侵蝕，潛艇的外殼和反應堆艙外殼很可能會慢慢失去對核反應堆的保護作用。那么，核反應堆內的放射性物質就會外泄，從而污染周圍的海區。目前，世界各國由于失事的核潛艇靜臥在大洋深處，隨著時間的推移，它們都會不同程度地污染周圍的海水，許多海域自然會變成核垃圾場。當大量核廢料一旦失去保護層時，核污染將會十分嚴重。不過，由于核反應堆中二氧化鈾是固化在陶瓷塊內的，這些陶瓷塊与水接触時不易起化學反應，所以即使核燃料棒破裂，二氧化鈾也很難擴散到周圍。
同時，為了防止核反應堆發生爆炸，核潛艇的控制棒在緊急情況下能夠迅速插入堆芯底部，使核反應堆停堆，此情景在許多電影"大片"中都有演示。例如，當冷卻系統出現問題后，堆芯的溫度就會由于不能迅速冷卻而升高，這樣，就很可能使核反應堆熔化，甚至爆炸。為此，核潛艇反應堆艙內設有溫控系統，當反應堆冷卻劑的溫度超過允許值時，溫控系統將信號傳給控制棒驅動机构，控制棒便會在几秒鐘內迅速插入堆芯底部，使核反應堆停堆。停堆后的核反應堆逐漸冷卻，自然就不會發生爆炸了。