神秘的熱離子反應(yīng)堆

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

前蘇聯(lián)很早就把目光轉(zhuǎn)向了熱離子反應(yīng)堆。早先熱離子堆是一種首先出現(xiàn)在航天器上的核動(dòng)力裝置。如果用于艦艇上就可以直接與推進(jìn)電機(jī)相連，與螺旋槳或泵噴射推進(jìn)裝置組成一個(gè)完整的動(dòng)力系統(tǒng)。在這種動(dòng)力系統(tǒng)中，省去了現(xiàn)有壓水堆動(dòng)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(jī)、凝汽器、減速齒輪、發(fā)電機(jī)等一大批設(shè)備以及各種錯(cuò)綜復(fù)雜的管道線路。省去了如此眾多的機(jī)械裝置還不算，同時(shí)還一勞永逸的消除了噪聲。

而且由于沒(méi)有部件需要面對(duì)高壓，安全性和可靠性大為改善，此外由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化水平也大大提高，所需要的維護(hù)人員和維修成本直線下降。

總之，熱離子反應(yīng)堆幾乎消除了目前核動(dòng)力裝置一切缺點(diǎn)。由于熱離子反應(yīng)堆的誘惑實(shí)在太大了，所以前蘇聯(lián)從50年代開(kāi)始，就開(kāi)始全力研制熱離子反應(yīng)堆。但其難點(diǎn)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(jī)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(wèn)題的一小部分，可見(jiàn)熱離子反應(yīng)堆的研制困難有多大！

在上世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)首先在航天用熱離子反應(yīng)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(dá)150千瓦。前蘇聯(lián)海軍在這時(shí)終于看到了新一代動(dòng)力源的希望。在1983年5月，前蘇聯(lián)海軍向紅星設(shè)計(jì)局下達(dá)了設(shè)計(jì)研制6000千瓦的大功率熱離子核反應(yīng)堆（也就是“塔巴斯”-60工程），用于滿足1000噸級(jí)潛艇的動(dòng)力需要。

前蘇聯(lián)解體后有資料顯示，紅星設(shè)計(jì)局于1985年曾試驗(yàn)性地將一部功率600千瓦的小型核反應(yīng)堆安裝在一艘常規(guī)潛艇上，但對(duì)于具體情況，無(wú)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(shè)計(jì)局開(kāi)發(fā)可以供3000噸級(jí)常規(guī)潛艇使用的熱離子核反應(yīng)堆。紅星設(shè)計(jì)局在“塔巴斯”-60工程的成功基礎(chǔ)上，采用了輕水作為冷卻水劑的熱離子反應(yīng)堆，工程代號(hào)“塔巴斯”-120項(xiàng)目。在陸上試驗(yàn)時(shí)其最大輸出功率達(dá)到了4836千瓦，基本達(dá)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(jìn)周期一樣。當(dāng)時(shí)前蘇聯(lián)已經(jīng)為該反應(yīng)堆設(shè)計(jì)了一個(gè)10米長(zhǎng)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(jì)劃分10年時(shí)間，將現(xiàn)役的F級(jí)、T級(jí)以及基洛級(jí)常規(guī)潛艇全部換裝熱離子反應(yīng)堆。

結(jié)果由于前蘇聯(lián)解體，“塔巴斯”工程成了一個(gè)遙遙無(wú)期的夢(mèng)。無(wú)奈之下，俄軍方只能無(wú)奈地把潛艇封存起來(lái)。

一晃到了2000年，俄經(jīng)濟(jì)開(kāi)始恢復(fù)，普京的當(dāng)選也給俄羅斯軍事工業(yè)打了一針強(qiáng)心劑。“塔巴斯”工程在海軍強(qiáng)烈要求與普京的親自過(guò)問(wèn)下，開(kāi)始列為最優(yōu)先的項(xiàng)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(guó)家試驗(yàn)全部結(jié)束，正式交付俄羅斯北方艦隊(duì)。該艇被非正式的稱為“薩羅夫”號(hào)，型號(hào)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(yīng)堆鈾－235濃縮度為21％，第三代核潛艇則是43%~45％。也有一些反應(yīng)堆的濃縮度要大些，達(dá)到了55%~90％。而帶液態(tài)金屬反應(yīng)堆燃料則可以達(dá)到90％。第三代核潛艇的活性區(qū)其實(shí)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(dá)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(lái)源:《當(dāng)代海軍》雜志)

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