中国新型核潜艇的反应堆

关于我国093、094型核动力潜艇最近又成了热门话题。对反应堆的名称及工作原理目前外部存在不同的意见。原来说是压水堆(PWR)，后来又说成是循环反应堆，现在又变成是高温气冷反应堆。根据目前的材料应该是高温气冷反应堆(GCR)。
那么高温气冷堆究竟是什么呢？这要从反应堆说起。
通俗地说，反应堆就是“原子锅炉”，是通过控制核燃料的反应来产生原子能的装置。通常，反应堆的核燃料是铀235，在中子的作用下能够产生核裂变。一个铀235原子核吸收一个中子以后，会分裂成两个较轻的原子核，以热的形式释放出能量，并产生两个或者三个新的中子。在一定的条件下，新产生的中子会引发其它的铀235原子核裂变，这种反应延续下去，就是“链式裂变反应”。要形成“链式裂变反应”，不仅铀235要达到一定数量，还必须用慢化剂把高能量的中子减慢为“热”中子。控制反应堆中核燃料的反应使核能缓慢释放，并用载热剂从反应堆中导出热量，就能对核能加以利用。
现在世界上大部分反应堆用的是金属管棒状燃料元件，载热剂是水，不耐高温。即使是压水堆，最高温度也只能达到328摄氏度。而高温气冷堆的载热剂是氦气，用石墨作为慢化剂和结构材料，通过高科技工艺制造球形包覆燃料元件。它的堆芯温度可达1600摄氏度，氦气出口的温度高达900摄氏度，这是其它任何类型的反应堆都达不到的。
有人撰文称我国的GRC是“世界首创”，技术“十年内美俄均赶不上”则过于夸张了。
首先，理论是俄国于六十年代中期提出的；其次，我国并不是首先把这一理论成功地应用到实际中去。在1998年11月10日，日本就已经建立了世界上首个商用GRC。我国在这方面的研究其实也不落后。93年国家就立项进行全面攻关。96年在清华大学核能技术设计研究院进行国家第一个GRC建设。由核反应堆工程与安全专家，曾担任863高技术计划能源领域专家委员会首席科学家，清华大学校长、院士王大中教授担纲。2000年按计划进行了临界试验。相关技术被同步移植到当时的093潜艇上。
与一般的反应堆不同，高温气冷堆具有固有的安全性。它的反应控制和压力调节简单，安全系统大为简化。即使失去冷却，全陶瓷的燃料元件也会逐渐降温，任何时候都不会发生烧毁的事故。
其实，我国对GCR也有所透露。1996年6月，【人民日报】曾报道过我国自80年代中期启动的“863高科技计划”。当中，提及了一个被称为“高温气冷核反应堆”的课题，并声称该项目目前已取得重大突破。从报道的字里行间可知，我国在这一领域的研究工作已有十载春秋，具有相当雄厚的理论基础和丰富的实验数据。1998年3月，【文汇报】一则简短的新闻提到我国具有国际先进水平的第一代“高温气冷核反应堆”在某大学的协作下已经投入试运行，填补了国内的空白，并标志着中国在该学科的科研能力处于世界领先地位。
前苏联曾把液态钠核反应堆(LMR) 技术应用到Alfa级攻击核潜艇上，使其水下最高航速达到43节，甚至比一般鱼雷还快！现在的俄罗斯已经转向更先进，可靠的GCR技术。由于GCR的工作温度为普通PWR的高出一倍有余，不需中间蒸汽循环，就可直接将热能转换成电能，因而既省去了传动装置，减少了传动损耗，又能简化结构设计，提高功率，降低噪音。不过，这种高温反应堆对冶金建材的要求极为苛刻，鲜有成功的例子。但是由于这种动力装置具有重量轻，体积小，噪音低，功率大等优点，在国防领域的用途不言而喻。“高温气冷核反应堆”(GCR) 是目前欧美全力发展的战略性高科技领域。西方国家争相将其作为下一代核潜艇动力的主要研究方向。应该说是中国首先把GCR成功应用到潜艇上。
这一技术成果转化到中国新一代核潜艇后，093、094型的噪音量级和最大航速将会有飞跃式的进步，估计噪音指数可降到法国胜利级的标准(110分贝)，水下最大航速可达40节以上，一举缩短同目前世界先进导弹核潜艇在这方面的差距。