解说者:核潜艇是如何工作的?

根据一项与英国和美国的新协议，澳大利亚将建造、使用和配备人员的核潜艇。

这有许多有趣的经济和地缘政治影响，但值得仔细研究潜艇本身:核潜艇到底是什么，它与我们现在的潜艇有什么不同，它是否会带来额外的安全风险?

什么是核潜艇?

首先，最基本的问题是:我们说“核潜艇”是什么意思?

核潜艇的电力由核反应堆提供。

“核反应堆被用来加热水，产生蒸汽，”托尼·欧文解释说，他是核技术阶梯短环到超级扁环．

“(蒸汽)然后驱动蒸汽涡轮发电机，从而产生电力。”

这与使用柴油发动机给电池充电的柴电潜艇形成了对比。

“核”一词仅指力量——核潜艇不一定携带核武器(尽管它们可以)。在一个声明澳大利亚总理斯科特·莫里森(Scott Morrison)表示，澳大利亚的潜艇不会携带核武器。

莫里森说:“澳大利亚不寻求获得核武器或建立民用核能力。

“我们将继续履行所有不扩散核武器的义务。”

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阅读更多:澳大利亚有操作核动力潜艇的专业知识吗?

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反应堆是如何工作的?

“几乎所有的核动力潜艇都使用压水堆，也就是压水堆，”欧文说。

“这与世界上大多数动力反应堆的技术完全相同。”

核反应堆的工作原理是核裂变产生热量。铀-235的原子被中子轰击，导致其中一些原子分裂，以热的形式释放能量，并在这个过程中释放更多的中子。

这就产生了一个障碍:铀235很难获得，所以潜艇需要“浓缩”铀。

“你从地下挖出来的大部分铀，实际上超过99%是铀-238，它是不可裂变的。你不能用它来运行反应堆，”澳大利亚国立大学核物理教授安德鲁·斯图伯里解释道。

铀238的原子结构阻止了它像铀235那样分裂。

“我们从地下开采出来的铀中，只有0.7%是铀235。所以你必须经历这个复杂的浓缩过程。

浓缩需要铀与氟发生反应，然后根据质量将其分离出来，使铀235得到浓缩。

潜艇反应堆需要高浓缩铀才能以现有的能量水平运行。

“核潜艇中的燃料实际上是可以用于武器的浓缩级别，”Stuchbery说。

潜艇反应堆比大规模的陆基核电站要小。尽管如此，它们还是比澳大利亚目前唯一的核反应堆——安斯托核反应堆——要大得多蛋白石反应堆用于制造放射医学产品和协助研究。

“一艘核动力潜艇的动力大约是150-200兆瓦的热能，”欧文说。

“相比之下，一个非常大的发电机大约是3400兆瓦，产生大约1100兆瓦的电力输出。

“卢卡斯高地的OPAL研究反应堆，澳大利亚的那个，大约有20兆瓦。而且它不产生任何电力。”

你为什么要建造核动力潜艇?

众所周知，核反应堆需要大量的技术和专业知识来安全管理，所以你为什么要把一个放在水下飞船上呢?

核反应堆可以减少潜艇对外部供应的依赖。柴电潜艇需要定期加油，而核潜艇——尤其是基于英国和美国设计的潜艇——可能永远都不需要加油。

“他们使用的是所谓的高浓缩铀，这使他们能够在潜艇的整个生命周期中运行——25-30年的寿命——而不需要加油，”欧文说。

柴电潜艇还需要经常浮出水面，打开柴油发动机为电池充电。

然而，对于核潜艇来说，“在水下的时间只受到船员的忍耐力和所能携带的食物数量的限制”。

英国国防军声称他们的潜艇可以在90天内不重新浮出水面环绕世界。

这意味着，尽管存在额外的安全风险，但将核反应堆留在船上仍有功能上的优势。

说到安全……

安全问题是什么?

因为潜艇反应堆与陆基反应堆相似，但体积更小，所以很多技术和安全考虑都是相同的。但潜艇反应堆和陆基反应堆之间有一个关键区别:移动。

“陆基反应堆不会摇摆不定。当然潜艇也会。”欧文说。

在考虑添加和删除时，这一点尤为重要控制棒它可以保持反应堆的稳定，并以正常的速度发电。

Irwin说:“通常，在陆地上的动力反应堆中，控制棒在重力作用下会掉落，所以如果你打开它们，它们就会掉落。”“你不能指望潜水艇能做到这一点。”

相反，你需要额外的控制器，“以确保在潜艇内，反应堆可以随时以任何角度关闭”。

另一方面，潜艇总是可以获得水，如果反应堆过热，水是冷却反应堆的关键。