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)
版權聲明:《當代海軍》雜志社授權人民網軍事頻道獨家稿件,未經書面許可,請勿轉載!
上一頁 |