神秘的熱離子反應堆

和以前傳統(tǒng)的反應堆相比，熱離子核反應堆最大的好處是，其熱離子系統(tǒng)由反應堆芯大量的熱離子單元將熱能直接轉換成電能，而無需一回路、二回路熱交換，更不需要蒸汽發(fā)生器。又由于沒有高壓、高溫的環(huán)境，這種反應堆對設備所用的材料的要求也大為降低。而且這種反應堆還有著壽命長、重量輕、抗沖擊能力更強等許多優(yōu)點，具有傳統(tǒng)核反應堆無法比擬的優(yōu)勢。

前蘇聯(lián)很早就把目光轉向了熱離子反應堆。早先熱離子堆是一種首先出現(xiàn)在航天器上的核動力裝置。如果用于艦艇上就可以直接與推進電機相連，與螺旋槳或泵噴射推進裝置組成一個完整的動力系統(tǒng)。在這種動力系統(tǒng)中，省去了現(xiàn)有壓水堆動力裝置的壓力容器，蒸汽發(fā)生器、蒸汽穩(wěn)壓器、冷卻劑主泵、蒸汽輪機、凝汽器、減速齒輪、發(fā)電機等一大批設備以及各種錯綜復雜的管道線路。省去了如此眾多的機械裝置還不算，同時還一勞永逸的消除了噪聲。

而且由于沒有部件需要面對高壓，安全性和可靠性大為改善，此外由于結構簡單，自動化水平也大大提高，所需要的維護人員和維修成本直線下降。

總之，熱離子反應堆幾乎消除了目前核動力裝置一切缺點。由于熱離子反應堆的誘惑實在太大了，所以前蘇聯(lián)從50年代開始，就開始全力研制熱離子反應堆。但其難點主要在工藝上，比如，采用何種熱離子發(fā)射效率高和高溫穩(wěn)定性好的材料做發(fā)射極？采用何種電子收集效果好的材料做收集極？如何保障發(fā)射機與集電極之間接近1000攝氏度的溫差？如何保證發(fā)射極與集電極之間僅十至幾十微米的間隙，使它們之間不短接？上述只是眾多問題的一小部分，可見熱離子反應堆的研制困難有多大！

在上世紀70年代，前蘇聯(lián)首先在航天用熱離子反應堆上取得突破，完成了世界上第一座空間熱離子堆式電源——“塔巴斯”－1，熱功率達150千瓦。前蘇聯(lián)海軍在這時終于看到了新一代動力源的希望。在1983年5月，前蘇聯(lián)海軍向紅星設計局下達了設計研制6000千瓦的大功率熱離子核反應堆（也就是“塔巴斯”-60工程），用于滿足1000噸級潛艇的動力需要。

前蘇聯(lián)解體后有資料顯示，紅星設計局于1985年曾試驗性地將一部功率600千瓦的小型核反應堆安裝在一艘常規(guī)潛艇上，但對于具體情況，無論是前蘇聯(lián)還是俄羅斯都諱莫如深。

1985年7月，前蘇聯(lián)海軍要求紅星設計局開發(fā)可以供3000噸級常規(guī)潛艇使用的熱離子核反應堆。紅星設計局在“塔巴斯”-60工程的成功基礎上，采用了輕水作為冷卻水劑的熱離子反應堆，工程代號“塔巴斯”-120項目。在陸上試驗時其最大輸出功率達到了4836千瓦，基本達到前蘇聯(lián)海軍要求。其堆芯壽命為15年，與常規(guī)潛艇改進周期一樣。當時前蘇聯(lián)已經為該反應堆設計了一個10米長的艙段，可以方便的嵌入常規(guī)潛艇艇體中。前蘇聯(lián)海軍也計劃分10年時間，將現(xiàn)役的F級、T級以及基洛級常規(guī)潛艇全部換裝熱離子反應堆。

結果由于前蘇聯(lián)解體，“塔巴斯”工程成了一個遙遙無期的夢。無奈之下，俄軍方只能無奈地把潛艇封存起來。

一晃到了2000年，俄經濟開始恢復，普京的當選也給俄羅斯軍事工業(yè)打了一針強心劑。“塔巴斯”工程在海軍強烈要求與普京的親自過問下，開始列為最優(yōu)先的項目給予建造，被改稱為20120工程，2008年9月，“塔巴斯”工程改造潛艇國家試驗全部結束，正式交付俄羅斯北方艦隊。該艇被非正式的稱為“薩羅夫”號，型號被定為20120型。

小資料：前蘇聯(lián)核潛艇的核燃料

前蘇聯(lián)第一代及第二代核潛艇反應堆鈾－235濃縮度為21％，第三代核潛艇則是43%~45％。也有一些反應堆的濃縮度要大些，達到了55%~90％。而帶液態(tài)金屬反應堆燃料則可以達到90％。第三代核潛艇的活性區(qū)其實是由濃縮度不同的燃料組成。活性區(qū)中心的鈾－235濃縮度為21％，而外部的則高達45％。第三代核潛艇活性區(qū)鈾－235數(shù)量為115公斤，第二代為70公斤（鈾總數(shù)為350公斤）。第一代核潛艇活性區(qū)包括50公斤鈾－235（鈾總數(shù)為250公斤）。(施征 稿件來源:《當代海軍》雜志)

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