我國(guó)第三艘航母基本上確認(rèn)是常規(guī)動(dòng)力,這時(shí)候就有人會(huì)問(wèn),我國(guó)從2012年擁有第一艘航母以來(lái),科技已經(jīng)進(jìn)步10年了,為什么航母還是常規(guī)動(dòng)力。
核動(dòng)力在潛艇上的技術(shù)已經(jīng)爐火純青了,只要把核潛艇的核動(dòng)力裝置擴(kuò)大幾倍用到航母上不就行了?
事實(shí)上,核動(dòng)力比想象的難造!
目前人類制造的所有核動(dòng)力裝置都是核裂變,目前還沒(méi)有核聚變動(dòng)力裝置。
核裂變動(dòng)力裝置的原理想必大家都能明白,就是通過(guò)易裂變?cè)氐馁|(zhì)量虧損釋放的能量燒開(kāi)水。通過(guò)水的沸騰做功,通過(guò)水的做功可以發(fā)電,也可以推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
最好制造的核動(dòng)力裝置就是核動(dòng)力電池,直接通過(guò)核能釋放的能量轉(zhuǎn)換為電能為設(shè)備提供動(dòng)力。這種電池一般不處理輻射問(wèn)題,所以也是最簡(jiǎn)單的核動(dòng)力設(shè)備。
但是由于輻射問(wèn)題無(wú)法解決,這種核動(dòng)力電池一般不能用在民用或者軍事上,往往都是在太空探索時(shí)裝配到星際探測(cè)器上,比如旅行者一號(hào)和二號(hào)使用的都是核動(dòng)力電池。
我國(guó)核潛艇使用的就是核動(dòng)力設(shè)備,但是潛艇一般在水下,對(duì)動(dòng)力的要求并不高,而且核潛艇需要考慮到降噪問(wèn)題,所以在核潛艇上的核動(dòng)力一般功率比較小。
功率小的優(yōu)點(diǎn)就是比較容易制造吸收核輻射的隔離墻。
但是一旦將核潛艇上的核動(dòng)力用到航母上就不行了。
因?yàn)楹藙?dòng)力航母的噸位基本上在10萬(wàn)噸上下。而且航母對(duì)速度還有一定的要求,這就使得核動(dòng)力裝置造得十分巨大,這樣才能輸出足夠的動(dòng)力推動(dòng)航母。
所以核動(dòng)力航母的一個(gè)問(wèn)題就是解決大規(guī)模核裂變裝置的降溫和防輻射問(wèn)題。
有人會(huì)說(shuō),這個(gè)問(wèn)題十分好解決,只需參照核電站就行。
核電站的路基反應(yīng)堆可以產(chǎn)生1600兆瓦的電力,而航母的反應(yīng)堆比核電站小得多。核電站怎么處理輻射和降溫問(wèn)題,就直接參考就行。
但是航母是在海上行進(jìn)的,肯定會(huì)出現(xiàn)海面風(fēng)浪的情況。航母一旦顛簸就會(huì)對(duì)反應(yīng)堆造成致命的威脅。
所以航母上的反應(yīng)堆克服顛簸問(wèn)題,但又得保證動(dòng)力的輸出,這就十分考驗(yàn)反應(yīng)堆的組件材料。
我們知道,核裂變反應(yīng)堆內(nèi)有個(gè)控制棒,控制反應(yīng)堆的進(jìn)程。而控制棒一般是依靠重力保持直立狀態(tài)的。一般反應(yīng)堆發(fā)生搖晃,就會(huì)保證控制棒擺動(dòng),造成反應(yīng)堆進(jìn)程紊亂,甚至出現(xiàn)爆炸。
所以一般地震時(shí),核電站在保證降溫裝置的電力供應(yīng)下,其他裝置就得斷電,謹(jǐn)防控制棒搖擺。
而航母在海上行進(jìn),搖擺是常態(tài),如果要減少控制棒的搖擺帶來(lái)的副作用,就得縮小反應(yīng)堆內(nèi)體積。
另外反應(yīng)堆體積的縮小還不能影響動(dòng)力的輸出,所以核動(dòng)力航母的反應(yīng)堆所用的鈾濃縮濃度比核電站高得多。
另外由于反應(yīng)堆體積的縮小,這就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)堆組件材料的單位面積承受的沖擊力成倍增加。
核反應(yīng)會(huì)釋放大量的中子,中子不帶電,所以無(wú)法用電磁圈束縛中子的運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣一來(lái)就會(huì)導(dǎo)致中子橫沖亂撞,所以反應(yīng)堆內(nèi)還得配備一個(gè)中子防護(hù)罩。
中子防護(hù)罩也是一個(gè)極其難以克服的問(wèn)題,核動(dòng)力潛艇的反應(yīng)堆十分小,所以中子防護(hù)罩還比較容易解決,但是航母反應(yīng)堆功率強(qiáng)勁,核裂變過(guò)程中釋放的中子也會(huì)成倍增加,所以中子防護(hù)罩就得十分堅(jiān)固。
這個(gè)問(wèn)題并不好解決,目前人類的可控核聚變裝置基本上都是托卡馬克裝置,但是依舊無(wú)法約束中子,導(dǎo)致中子在核聚變裝置內(nèi)亂撞,可控核聚變裝置不能開(kāi)機(jī)時(shí)間太長(zhǎng)也是為了防止中子的破壞。
所以核動(dòng)力反應(yīng)堆最核心的技術(shù)難點(diǎn)就是材料問(wèn)題,必須得制造比普通反應(yīng)堆強(qiáng)度更高的核組件才行。
而材料科學(xué)一直都是我國(guó)的弱項(xiàng)。比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱葉片就需要十分有技術(shù)含量的特制材料,由于我國(guó)的材料科學(xué)的落后,也導(dǎo)致了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)落后。
我國(guó)的航母如果要裝配核動(dòng)力,就得要求我國(guó)在材料科學(xué)上取得更大的突破,材料科學(xué)也是限制我國(guó)核動(dòng)力航母發(fā)展的一個(gè)重要因素。
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