必须明确舰船反应堆的总热功率和轴功率的区别
一回路系统 S8G 自然循环压水堆,热功率250MW,堆芯直径1.6m,高度1.7m,燃料元件约 60 盒。采用板状元件,铀锆合金燃料,铀 235 富集度为 40%,包壳材料为锆-4 合金,铀235 燃料初始装载量约为140kg。堆芯功率密度为80MW/m3。反应堆采用铪控制棒,用于控制后备反应性,使堆芯具有长寿命。 一回路系统压力为16MPa,冷却剂进入反应堆入口温度280℃,出口320℃,冷却剂流量约 3600t/h,主循环泵功率 169kW。
由上可见,庞大的俄亥俄战略核潜艇,他的反应堆核心部分,只是一个不到一人高的 “金属罐”而已,其他核潜艇的反应堆也差不多这么大!这类反应堆用的都是“铀锆合金燃料板”,通过特殊工艺让高浓度铀渗透到金属锆合金中去,作为反应堆燃烧材料。而不是民用核电站那种二氧化铀陶瓷块。能量密度成百倍的提高。
从尼米兹级核动力航母和海狼级核潜艇以后批次,美国海军越来越强调用武器级铀235作为舰船反应堆的燃料!追求越来越长的换料周期,提高出动效率。核动力航母和核潜艇换料都要“开膛破肚”,航母一次换料就需要三年;而核潜艇一旦换料,就必须破坏耐压壳,会让核潜艇的安全系数大大降低,因此到了最新的弗吉尼亚级核潜艇,美国人已经达到了核燃料——反应堆壳体——艇体的寿命都是35年,最近提高到了42年,潜艇全寿命期内都不用换料了。
而尼米兹级航母的船体寿命是50年,使用20多年后,仍然必须换一次料,把反应堆和燃料板一起换掉。福特级到2038年也是必须换料。即使武器级铀制成的燃料板不用换,反应堆本身也很难有超过42年的安全寿命。
俄国和其他大国的核潜艇和其他核动力船舶,所用的核燃料的丰度,基本都没有达到武器级铀燃料的浓度,仍然普遍采用20%到40%的核燃料,这其中原因复杂:用武器级铀235能量密度高,寿命长,但提炼到如此高的浓度,铀浓缩过程中消耗的电力也是惊人的。美国人用的起,是因为最近这些年,大量的美国核弹头到了服役寿命被拆解,可以直接取出内部的超高浓缩铀用来生产燃料板。
那么俄罗斯有更多的核弹头同样拆解了,俄罗斯人为何不直接用呢?很简单,俄罗斯现在没钱,他拆出来的核武铀块,加入同位素杂质后,99%出口用来换外汇了!