35年不换料？再谈核潜艇堆芯和核航母堆芯的差异

昨天的推文中，瀚海狼山（匈奴狼山）提到了核潜艇和核动力航母堆芯的差异，不过从反馈来看，恐怕还有很多误解。比如提到核动力航母一旦启堆后就大部分时间是满功率运行。争取全寿命期间只更换一次或者二次换料。于是很多人问，这里的主语是否应该是核动力潜艇？事实这句话本身是没问题的，说的就是核动力航母。核动力航母的堆芯很像陆地上的核电站堆芯。只要运行就尽量把热功率开到100%，产生大量的蒸汽，可用来发电，也可以让航母高速前进。而核潜艇的核动力堆芯，即使在出海部署期间，也是大部分时间低功率运行。因为核潜艇要追求18节以下的长时间的静音航速。如果核潜艇在水下的航速超过22节或者25节，不管海狼、弗吉尼亚、亚森级甚至洞95，就都不能保持水下隐蔽，而是进入高速水下机动占位。

准备立即发射鱼雷相互攻击或者攻击水面目标，处于充分暴露后的接战追逐状态。航母本身体型巨大，在现代天基侦查系统之下，不论低速航行还是高速航行，都会无差别的被侦查到。因此核动力航母就没有必要让自己的反应堆长期低功率运行。航母上人多设备也多，日常用电负荷很大，因此核动力航母上的反应堆满功率产生的源源不断的蒸汽，可以用来充分的发电。也可以用蒸汽置换出源源不断的热水。因此在核动力航母上，是可以放开人员洗澡和用蒸汽洗衣服的。因为这些热量不用也只能用外界的冷海水冷却而白白浪费掉了。核潜艇上也可以放开人员的日常洗澡，但是核潜艇上却一般没有大型洗衣房和厨房。再说即使大型弹道导弹核潜艇上也不过一百多个艇员。对比核动力航母上动辄5500多人差太多了。

因此对核潜艇来说，反应堆即使低功率运行，发出的电力只能主要来充满蓄电池组。时间长了，蓄电池组也装不下这么多的电力，只能把过多的热蒸汽通过吸入冷海水强行把多余热量排到艇外。但是长期低功率运行，对反应堆堆芯的安全性和设备的寿命都是不利的。这就在于裂变核反应的安全原理和日常的煤炉子或者柴堆的燃烧完全相反。日常的感观是炉子或者柴堆的火苗小一点比较安全，而一旦成了熊熊大火就不好控制。而核裂变反应却比较个别。比如核电站的反应堆，常年以100%的功率反应反倒是最安全的。核反应堆最忌讳没事不断调整功率，或者长期低功率运行。此时会产生叫做“碘坑”的危险状态，反应堆极容易从碘坑的状态在几十秒内变为“爆燃”！切尔诺贝利事故的起因，就是事前故意让反应堆低功率运行了超过24个小时，还切断了蒸汽涡轮系统，最终突然爆发到了瞬间功率超过2亿千瓦，相当于10座三峡电站一起发力的状态；最终堆芯在高压下直接爆了。

所以日常核电站大多只作为大电网的主负荷而不参与调峰。运行3年后低浓度燃料烧完直接停堆换料。而核动力航母的反应堆堆芯由于总功率较大，一旦启堆也和陆地核电站差不多；尽量满功率运行。燃料10到20年，烧完了就直接再换料。而核潜艇的反应堆相对功率小，部署期间又往往处于长时间闷烧的状态，因此大部分核潜艇的堆芯都很难用到理论上的35年。实际上25年后若不切开耐压壳换料，就不太好用了。这也是美国大批洛杉矶级核潜艇已经不出海的主要原因。