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世界领先
顾名思义,核动力航母就是利用核反应堆来产生动力的航空母舰。核燃料的能量密度大,很少的一些核燃料就能够提供航母长时间航行所需要的能量,这比烧煤或者烧油要方便得多。【..品质小说,真品质,好小说！】
到目前为止,航空母舰中使用的核反应堆大多是轻水反应堆,即使用普通水作为冷却剂的反应堆。核燃料在反应堆中发生可控链式反应,产生出大量的热,冷却水把这些热带走,在蒸汽发生器中使另一个回路里的水进行热交换,使第二回路里的水转化为蒸汽,再利用这些蒸汽推动汽轮机做功,带动螺旋桨运转。这就是轻水堆核动力航母的工作原理。
轻水堆体积较小,技术也较为成熟,因此无论是船用反应堆,还是发电用的反应堆,大多数都采用了这样的设计。
轻水堆也有一些致命的缺陷,一是为了保证第一回路里的冷却水在
度的高温下仍然保持液态,反应堆必须具有极高的压力,这对于反应堆的外壳提出了很高的要求。二是堆芯缺乏自我冷却的能力,一旦外围的冷却系统出现故障,堆芯温就会不断升高,直到出现堆芯融化的结果。
年代前苏联的切尔诺贝利核电站事故,就出现了堆芯融化的事情,最后不得不用海量的混凝土把整个核电站全部封闭起来,以免核物质继续泄漏。
年的日本
大地震中,福岛核电站由于供电系统被破坏,导致了冷却水循环系统停止运行,结果也险些酿成融堆的惨剧。
当时,为了降低堆芯的温度,日本采取了用直升机从空中浇水的办法,又引入了海水进行冷却。其结果是,虽然堆芯最终得以保全,但大量受到辐射污染的冷却水排入海中留下了严重的生态隐患。
航母作为一种作战武器,在战争中受到损伤是难以避免的。万一出现电力系统受损的情况,反应堆的冷却系统停止工作,其后果是非常可怕的。即便不说出现融堆这样的极端情况哪怕是带有高辐射的冷却水泄漏出来,对舰上乘员的影响也不堪设想。
而气冷堆就不同了,它的工作特点是使用氦气代替普通水作为冷却介质,由于不需要像轻水堆那样维持冷却介质在高温下的液态,因此气冷堆的工作压力不大,安全性更容易保证。
气冷堆里的核燃料是用耐高温的陶瓷封装成小型球状的,裂变反应就在每一个陶瓷球的内部发生。万一出现冷却系统停止运行的情况陶瓷球的温度最高可以升到
度,然后在此温度下实现自动停堆,而不会像用金属做堆芯的轻水堆那样发生融堆的事故。换言之,如果后世的福岛核电站是一组高温气冷堆,那么即便是停电多日也不会有任何的危险。
气冷堆里作为冷却介质的氦气是惰性气体,即使出现泄漏,也不会带出污染物,这也是气冷堆比轻水堆更为安全的一个原因。
国际上对于气冷堆的研究已有几十年时间起步较早的是德国,后来又有南非、美国、俄罗斯、日本和中国开始了这方面的研究。中国在高温气冷堆方面起步落后于其他国家,但进展却非常迅速到
世纪初,中国的高温气冷堆技术已经达到了世界一流的水平。
张逸华提出的思路,就是把已经实验成熟的高温气冷堆搬上航母,作为航母的动力来源。如果这个设想能够成功,那么中国建造的这艘核动力航母,将是全球第一艘采用气冷堆作为动力源的航母。正如张逸华此前向林振华介绍过的,使用气冷堆的航母会比使用轻水堆的航母具有更好的安全性,减少维护的压力,这对于提高航母的适应性以及战争条件下的生存[永生]能力,将有极大的帮助。
在张逸华提出这个设想之后刘向海组织相关人员进行了认真的讨论,众人认为,使用气冷堆作为航母动力源的优势是非常明显的,既然目前气冷堆的技术已经较为成熟,完全可以考虑在中国的第一艘核动力航母中使用这样的设计。
高温气冷堆使用的冷却介质是氦气,氦气在反应堆中被加热到
度左右通过循环系统把热带到反应堆之外。在这个时候,有两种把热能转化为机械能的模式。
第一种模式是通过一个换热系统,用高温氦气加热第二回路中的水或者其他介质,再利用形成的水蒸汽或者其他高温气体推动蒸汽轮机做功。这种方式与轻水堆类似,技术上也相对比较成熟,但缺陷也比较明显：一是需要两个回路,使整个系统的体积变大,设备数量增多,提高了维护成本;二是增加了一次热交换过程,在换热过程中不可避免地会出现损耗,导致热效率降低
第二种模式也就是张逸华所提出的模式,即取消第二回路,直接用高温氦气驱动汽轮机做功,这样既简化了结构,也能提高热效率,是一种非常有前途的模式。在这个模式中由氦气直接驱动的汽轮机,就是氦气轮机。或者严格地说,是在核岛的第一回路中使用的氦气轮机。截止到目前为止,世界上已经存在的氦气轮机仅仅能够应用于第二回路,在第一回路上使用的氦气轮机尚处于实验之中。
张逸华是一个技术痴,自从自己的研究方向由飞机发动机转向工业汽轮机和燃气轮机之后,他便开始广泛涉猎相关的技术,氦气轮机的技术也是在这个时候进入他的视野的。
