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中国新型反应堆领先美军两代 国产核航母却无法使用

现在全世界的现役核潜艇和航母，使用的核反应堆类型，都是压水堆，中国也不例外。

正如国内船舶核动力设计教材中的结论，除非其他反应堆类型出现质的技术突破，否则没有一种堆型能撼动压水堆在船舶动力堆领域一统天下的地位。

压水堆的名称来源，源于它要对一回路中直接浸泡核燃料的冷却剂——水，施加巨大的压力，通常在11-16MPa之间。也就是每平方厘米上，压力达到112到163公斤。这样做的原因，是水的沸点和压力相关——比如在青藏高原上由于气压低，除非用高压锅，水开了也到不了100度。

　　典型压水堆结构

就船舶反应堆来说，在施加11MPa的高压以后，反应堆中的水可以在281度的情况下保持液态。这使得它在一二回路之间的热交换器里，能够通过巨大的温度差，使得二回路的水也变成具备较高温度（不同功率下251-278度）和压力（不同功率下3.92-6.13MPa）的蒸汽。

这些具备高能量的蒸汽，又通过推动蒸汽轮机的叶片高速旋转，带动螺旋桨和发电机，完成核能——热能——机械能/电能的转化。而制约压水堆性能的一个核心瓶颈，就在压力与温度的关系上：一回路的水温，不能再做高了。

水温要做到370度，需要超过21MPa的压力。到了374度，水就达到临界点，极短时间内全部蒸发成密度与水一样大的蒸汽。过高的压力会带来大量的问题，包括设计制造太贵、泄漏几率加大且后果严重得多、难以抢修等等。

　　典型压水堆压力壳内部结构

　　美国海军起吊、转移压水反应堆的压力容器

在权衡成本、风险、性能等多方面因素以后，目前主流压水堆的设计，压力一般在15-16MPa，水温能达到350度左右。再往上做，即使是每10度温度的提升，需要的压力增加也太大了，性能的提升速度远不及成本和事故风险的增加速度。

受到这些关键瓶颈的限制，现在先进航母和潜艇的动力堆，热效率只有30%左右——陆地核电站更重视经济性，体积和重量限制宽松，可以做的更高，达到33-37%。

此前盛传中国将在核潜艇上使用的高温气冷堆，则是使用氦气作为冷却剂；它在接收核燃料组件释放的大量热量以后，温度可以很容易的做到600~1000度范围。

而且从理论上讲，气冷堆可以省去用高温氦气加热二回路、再生成高温高压蒸汽推动蒸汽轮机的过程；直接用加热后的氦气，推动氦气轮机发电。这种设计在技术上并不难，实际上和现在已经被主流淘汰的沸水堆设计差不多——沸水堆没有二回路，水直接烧成蒸汽去推蒸汽轮机。

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