主题：【资料整理】核潜艇的动力 -- 黄河故人
家园 【资料整理】核潜艇的动力 前一段时间有一个反应堆的帖子，不知为什么看不到继续了，呼唤它一下。
本文所介绍的都是来自以前看闲书上的美苏核潜艇，都发生在很久之前。大家可以当科普看一下，了解了解。因为是很早的事情，所以还用苏联这个词。
核潜艇的动力来自于反应堆，这一点不消说了吧。堆有多种类型，在图纸状态上的有几百种，实际上落成的有几十种，能真正在核潜艇上用的只有几种了。
首先，压水堆。压水堆应用最多，至少说应用过的最多。压水堆简单的说就是一回路传热介质－水－保持在热而不沸的条件下，到二回路把热量传递给二回路的水，然后产生动力。两个回路的水不直接接触。一回路的水在高压下运行，100多大气压，所以叫压水堆。压水堆结构复杂，水需要在高压下运行，传热效率也不是很好，所以有了其它反应堆。
外链图片需谨慎，可能会被源头改压水堆示意图－核电站的其次，液态金属冷却剂反应堆。美国人用的是钠冷快堆、苏联人用的是铅铋合金。美国人在海狼上用过S-2G型反应堆。海lang曾报道蒸汽参数：温度410—420~度，压力4－4.2MPa 。由于一回路压力降低，装置也安全可靠些。但是利用液态金属作冷却剂会使反应堆的操作、维护变得很复杂，价格也高。为了加强屏蔽，使装置的重量加大。此外，由于处于熔化状态的碱金属在高温时化学性能很活跃。加速了系统的腐蚀。这种金属和空气接触时会发生很强的反应。可能发生爆炸和火灾。S-2G在海狼也发生过事故,所以现在海狼还是压水堆。
苏联人在645型艇用过BT一1型核反应堆，艇上有2座反应堆。2＊73．5兆瓦；双轴，2台汽轮机；冷却剂的压力为20千克／厘米， 温度440度，蒸汽压力为3.6MPa温度355度。即令是潜艇长期在港或进坞修理，都必须保持一回路高温，使铅铋合金不致固化。此外，在中子照射铋时形成的高活性钋一210的放射性污染。1968年5月24日反应堆发生事故。9人丧生。阿尔法级705型也用铅铋合金，战术技术性能和技术装备都很先进。自动化程度很高。钛合金艇体。但主要因为反应堆问题，得到过最热烈的赞美，也受到了最剧烈的反对。
外链图片需谨慎，可能会被源头改阿尔法的照片再次，气体冷却剂反应堆(氦、二氧化碳、氮，主要是氦）用气体循环的动力装置的单位功率的体积和重量都要小些。而且气体轮机装置也比蒸汽轮机的效率高。工作介质的参数也较高。据说用氦作工作介质的氦燃气轮机可能是最轻的核动力装置。
外链图片需谨慎，可能会被源头改气冷堆,只能看到外壳，hoho潜艇自给力的提高和续航力的增大，同时又限制人员接近核动力装置的很多部位，这就要求主机、辅机、系统、减速器等的工作有高度的可靠性，也就要求动力装置的主要部件有很高的强度。此外，还要有备用的机械、阀件、系统等等。其中机械设备的“双套”原则，美国核潜艇是广为采用的。苏联的核潜艇甚至连反应堆都有两套的。
核潜艇的用电
美核潜艇用的是450伏、60周的交流电，由三相同步汽轮发电机提供，这样的机组每台功率为650—2 250千瓦。美核潜艇上的直流电来自柴油发电机组和蓄电池，直流电压220伏，用于核动力装置的启动和反应堆停堆冷却时的供电，还可用于调速范围大的电力拖动装置和备用推进电机。在所有的核潜艇上都有备用推进电机，作为应急设备。在水下状态时由蓄电池供电，在水上状态或在潜望深度时由柴电机组供电。美国单桨核潜艇的备用电机是电机和螺旋桨合一的。作成一个机组的形式，用的是交流电。这种机桨合一的机组。布置在辅机舱中。使用时才将其伸出艇外。备用电机，包括固定式和伸缩式的，功率一般为220—370千瓦(300—500马力)，可使潜艇以5-6节的速度航行。
核动力装置的屏蔽和布置
1。反应堆、蒸汽发生器、稳压器和一回路冷却剂的循环管路等都布置在潜艇上专设的反应堆舱中。为的是不让反射性物质或裂变碎片在一回路破损时泄出，污染潜艇的其他舱室。
2。为不使反应堆舱内的放射性气体泄入其他舱室，应保持反应堆舱内的压力低于其他舱室。为此，设有反应堆舱负压系统。负压系统设有负压压缩机和储气瓶，储气瓶储存反应堆舱内的气体。带有放射性的气体经衰变后排出艇外。
外链图片需谨慎，可能会被源头改核电站的排气系统示意图3。反应堆还屏蔽包括一次屏蔽和二次屏蔽。对反应堆的屏蔽称为一次屏蔽，屏蔽来自反应堆堆芯的辐射。将快中子流减少到在二次回路中不致激活出强烈的放射性，同时将y辐射降低到安全水平。有一个一次屏蔽水系统，由一次屏蔽水箱和管路等组成，布置在反应堆内并围绕在反应堆压力容器的周围。对反应堆舱的屏蔽称为二次屏蔽，这包括反应堆舱的前舱壁、后舱壁屏蔽，反应堆舱通道屏蔽，反应堆舱顶部甲板屏蔽以及一些其他的局部屏蔽等。二次屏蔽能屏蔽包括反应堆、一回路及反应堆舱内所有的辐射，降低中子流和y辐射，达到安全水平，同时不让受放射性污染的空气进入潜艇的住舱和工作舱室。
屏蔽的重量约占核动力装置总重量的30—50％ 。为了减轻屏蔽的重量，所有设备作紧凑的布置，利用危险小些的设备、系统、基座等来防护一些辐射性强的设备。屏蔽材料可用钢、铅(Pb)、混凝土、塑料。屏蔽布置图似无公开资料。
潜艇核动力装置的布置
基本走的是“分散布置——紧凑布置—— 半一体化—— 一体化”的循序渐进的路子，各国都把提高自然循环能力作为核动力装置追求的重要指标。目前绝大部分都已发展为紧凑布置或半一体化核反应堆，自然循环能力明显提高。
法国是最先在核潜艇上采用一体化反应堆的，早在1971年服役的第一艘弹道导弹核潜艇“可畏”号上就使用了ＰＡＴ型半一体化核反应堆（冷却剂泵在核反应堆内）；1982年又在“红宝石”级攻击型核潜艇上使用ＣＡＰ型一体化反应堆（蒸汽发生器和冷却剂泵均在核反应堆压力容器内，自然循环能力达30％），目前法国核潜艇全部是自然循环压水堆。
美国于60年代研制出Ｓ5Ｇ型自然循环压水堆的陆上模式堆，并在1969年服役的“一角鲸”号核潜艇上首次试用。从70年代以后，美国海军服役的核潜艇均采用紧凑布置的自然循环压水堆，目前自然循环能力也已达到25－30％。
俄罗斯在建造了100余艘紧凑布置压水堆核潜艇后，在积累了大量经验基础上，于1975年开始研制半一体化压水堆并用于核潜艇上，据悉，已建成200ＭＷ全自然循环的一体化陆上试验堆，自然循环能力可达100％，即完全取消了冷却剂泵。
英国从1972年开始研制一体化自然循环反应堆，因技术问题曾一度放弃，也已经恢复研制。
全部来自于整理，不懂这些东西，所以错误肯定很多，就写到这里啦。
家园 美国潜艇没用过钠冷却反应堆吧？ 海浪的S6W反应堆仍然是压水堆。
铅冷却的反应堆会出现在60年代的核潜艇上吗？
2 X 73.5 兆瓦？乖乖，一个60年代核潜艇就
10多万千瓦动力了! 美国跑到35节，1万多吨
的海浪才6万马力。
家园 代大鹏谢过马甲 他最近有些忙。
家园 能不能谈谈核反应堆的小型化啊 没人顶？我来顶，顺带送花一朵。
能不能请马甲谈谈核反应堆的小型化啊？
现在最小的堆能做到多小（包括防护装置）？反应堆能上潜艇，那么可以想象只要成本合算，也可以上远洋轮或大型飞机。继续小型化呢？有可能上火车吗？甚至汽车吗（永远不用加油，梦想啊！！）？如果小型化能够达到要求了，成本上有可能下来吗？（以汽车寿命为30万公里计算，以每百公里15升油计算，大约需45000升油，大致就算45000美元吧。那么你觉得反应堆的成本以后可能降到这个数吗？当然我们先忽略反应堆和汽油机维护成本）
反应堆还可以再小吗？小到一个电池的大小？记得Terminator 3中加州州长用他的核电池炸掉液体金属MM吗？这是纯粹幻想还是科学幻想？
家园 关于核反应堆的小型化 其实核反应堆本身的小型化并不太复杂，复杂的是如何把核反应中的热量提取出来，然后加以利用。
所以一般的大功率堆的做法是用热循环回路的方式进行处理，通过一级或者二级回路，把热量送出堆外，然后通过蒸汽轮机做功（一般是发电）。所以这部分的体积不可能做得很小，因为工质所携带的热量是有限的，体积太小的话，输出的功率太小，没有实际意义。
不过小型化核反应堆还是有在研究，一般的做法是通过热电偶或者热电离子的方式来直接通过热电转换发电。例如说把热电材料作为二极管的发射极直接放在堆内加热，当这些热电材料被加热到一定温度时（至少上千k），电子会从热电材料中飞出，从而形成一个通路。这种方式的优点在于整个发电过程没有太多的机械运转部件，所以非常有利于长期的无人运行。但是缺点是热转换效率比较低。现在这种堆因为体积比较小，而且输出的功率也不算太小（上千千瓦应该还是有的），所以一般用于卫星或者航天器的电源。
如果要再小的堆，其实可能就不叫严格意义上的核反应堆了，就是我们常说的核电池。它们虽然也是利用核能发电，但是并不是用人工可控核裂变，而是用自然的放射性同位素的衰变来发电。这种发电的功率当然比较低了，但是好处就在于安全和长期的稳定工作，因为这个发电功率仅仅取决于放射性同位素的半衰期，不受任何外界的影响。
另外，再说一下核电池的爆炸问题。
其实你说的那个只是电影的虚构，一般的核电池采用的放射性同位素都是半衰期较长的那些，例如Pu238（半衰期8x年），Sr90（半衰期28年）。这些放射性同位素的填充量也都比较少，是绝对不会发生核爆炸的。个人认为，就连化学爆炸也不太可能，因为他们都是相当活泼的金属元素，所以形成的盐的化学性质也是非常的稳定，所以应该不会发生像普通电池的那种因为过渡充放电而爆裂或者炸开的现象。
家园 乱侃几句。 最小的“反应堆”应该算某些荧光粉吧，那是把核射线转变成可见光，可以长时间发光，不象储能型的在暗处没多久就没光了。
大一点的应该算卫星上的核能电池，不会太大但也比州长用的那个大，苏联有一个掉在加拿大。
