中國新型核潛艇的反應堆

關於我國093、094型核動力潛艇最近又成了熱門話題。對反應堆的名稱及工作原理目前外部存在不同的意見。原來說是壓水堆(PWR)，後來又說成是循環反應堆，現在又變成是高溫氣冷反應堆。根據目前的材料應該是高溫氣冷反應堆(GCR)。
那麼高溫氣冷堆究竟是什麼呢？這要從反應堆說起。
通俗地說，反應堆就是“原子鍋爐”，是通過控制核燃料的反應來產生原子能的裝置。通常，反應堆的核燃料是鈾235，在中子的作用下能夠產生核裂變。一個鈾235原子核吸收一個中子以後，會分裂成兩個較輕的原子核，以熱的形式釋放出能量，並產生兩個或者三個新的中子。在一定的條件下，新產生的中子會引發其它的鈾235原子核裂變，這種反應延續下去，就是“鏈式裂變反應”。要形成“鏈式裂變反應”，不僅鈾235要達到一定數量，還必須用慢化劑把高能量的中子減慢為“熱”中子。控制反應堆中核燃料的反應使核能緩慢釋放，並用載熱劑從反應堆中導出熱量，就能對核能加以利用。
現在世界上大部分反應堆用的是金屬管棒狀燃料元件，載熱劑是水，不耐高溫。即使是壓水堆，最高溫度也只能達到328攝氏度。而高溫氣冷堆的載熱劑是氦氣，用石墨作為慢化劑和結構材料，通過高科技工藝製造球形包覆燃料元件。它的堆芯溫度可達1600攝氏度，氦氣出口的溫度高達900攝氏度，這是其它任何類型的反應堆都達不到的。
有人撰文稱我國的GRC是“世界首創”，技術“十年內美俄均趕不上”則過於誇張了。
首先，理論是俄國於六十年代中期提出的；其次，我國並不是首先把這一理論成功地應用到實際中去。在1998年11月10日，日本就已經建立了世界上首個商用GRC。我國在這方面的研究其實也不落後。93年國家就立項進行全面攻關。96年在清華大學核能技術設計研究院進行國家第一個GRC建設。由核反應堆工程與安全專家，曾擔任863高技術計劃能源領域專家委員會首席科學家，清華大學校長、院士王大中教授擔綱。2000年按計划進行了臨界試驗。相關技術被同步移植到當時的093潛艇上。
與一般的反應堆不同，高溫氣冷堆具有固有的安全性。它的反應控制和壓力調節簡單，安全系統大為簡化。即使失去冷卻，全陶瓷的燃料元件也會逐漸降溫，任何時候都不會發生燒毀的事故。
其實，我國對GCR也有所透露。1996年6月，【人民日報】曾報道過我國自80年代中期啟動的“863高科技計劃”。當中，提及了一個被稱為“高溫氣冷核反應堆”的課題，並聲稱該項目目前已取得重大突破。從報道的字裡行間可知，我國在這一領域的研究工作已有十載春秋，具有相當雄厚的理論基礎和豐富的實驗數據。1998年3月，【文匯報】一則簡短的新聞提到我國具有國際先進水平的第一代“高溫氣冷核反應堆”在某大學的協作下已經投入試運行，填補了國內的空白，並標誌着中國在該學科的科研能力處於世界領先地位。
前蘇聯曾把液態鈉核反應堆(LMR) 技術應用到Alfa級攻擊核潛艇上，使其水下最高航速達到43節，甚至比一般魚雷還快！現在的俄羅斯已經轉向更先進，可靠的GCR技術。由於GCR的工作溫度為普通PWR的高出一倍有餘，不需中間蒸汽循環，就可直接將熱能轉換成電能，因而既省去了傳動裝置，減少了傳動損耗，又能簡化結構設計，提高功率，降低噪音。不過，這種高溫反應堆對冶金建材的要求極為苛刻，鮮有成功的例子。但是由於這種動力裝置具有重量輕，體積小，噪音低，功率大等優點，在國防領域的用途不言而喻。“高溫氣冷核反應堆”(GCR) 是目前歐美全力發展的戰略性高科技領域。西方國家爭相將其作為下一代核潛艇動力的主要研究方向。應該說是中國首先把GCR成功應用到潛艇上。
這一技術成果轉化到中國新一代核潛艇後，093、094型的噪音量級和最大航速將會有飛躍式的進步，估計噪音指數可降到法國勝利級的標準(110分貝)，水下最大航速可達40節以上，一舉縮短同目前世界先進導彈核潛艇在這方面的差距。