核潜艇用反应堆和动力系统（转）

在HSH论坛看到的，希望能对你们有帮助

这张照片比较详细得说明了核潜艇的动力回路，图中所示的管路中，颜色越接近红色，则说明水温越高，越接近蓝色则说明水温越低。核反应堆直接加热的管路我们称之为一回路（primary circuit），一回路中过热的水（红色）通过蒸汽发生器（stream generator）加热二回路的冷水（蓝色）使其成为饱和水蒸气（灰色）推动涡轮机运转，其循环通过管路中的循环泵（负责一回路）和供水泵（负责二回路）进行。为什么要分为两个回路而不是直接利用反应堆加热水蒸气推动涡轮机运转呢？因为反应堆直接加热的水带有放射性，如果这么做的话，就带来极大地安全隐患，即使动力系统的纯机械部分发生故障，也会导致核泄漏，改为两个回路就无疑安全得多。


核潜艇动力的核心是核反应堆。他是由含铀-235的燃料元件，慢化剂（将裂变时放出的快中子慢化，变成热中子），冷却剂（将裂变反应产生的热量传递出去），控制棒（由极易吸收中子的材料制成，以控制核反应速度），反射层（将中子反射回来，防止中子外逸），堆容器（由20厘米厚的钢板制成，防止放射性物质外泄）和屏蔽层（防止放射性物质外泄）组成。
好奇怪，那个生物屏蔽层是什么生物啊，我只知道鸽子不会被放射性元素杀死


这就是核潜艇核反应堆中进行的核反应：当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子，在这个反应中产生热能。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应，每次反应产生的热能累计，形成巨大的能量。核潜艇和核电站反应堆中的链式反应由于有控制、慢化剂的控制，能够将链式反应产生的热能慢慢释放并加以利用。而核武器就是不加任何限制任其反应，于是瞬间爆发出巨大的能量产生毁灭性的杀伤力。


反应堆最关键的系统是堆芯，堆芯的关键是燃料元件。堆芯裂变产生能量，反应堆要做的事情，就是把堆芯的能量带出来。此外，核反应堆和锅炉还有一个很大的不同。锅炉你把火熄灭之后，它就不再产生能量了，而反应堆即使在关闭的时候，它的元素衰变也产生能量，这就是反应堆的剩余功率。剩余功率对于反应堆来说是最危险的。反应堆裂变停止以后，冷却系统不能停。万一冷却系统发生事故，那就会把反应堆烧了，造成严重后果。这就是核动力和常规动力最大的不同点。


堆芯里插放的核燃料组件又是核潜艇反应堆里面技术难度最大、研制周期最长、要求最高的部分。燃料组件的上方是控制棒组件，用于控制反应性。在正常运行时，用于调节反应堆功率；在事故工况下，快速引入负反应性，使反应堆紧急停堆，保证核安全。一般来讲，只有部分燃料组件会配置控制棒组件，剩余燃料组件则只配置堆芯相关组件，包括可燃毒物组件、中子源组件和阻力塞组件。


经过提纯或同位素分离后的铀，还不能直接用作核燃料，还要经过化学，物理、机械加工等复杂而又严格的过程，制成形状和品质各异的元件 ，才能供各种反应堆作为燃料来使用。这是保证反应堆安全运行的一个关键环节。按组分特征，可分为金属型、陶瓷型和弥散型三种；按几何形状分，有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件；按反应堆分，有试验堆元件，生产堆元件，动力堆元件（包括核电站用的核燃料组件）。图中展示的是一个锆合金燃料棒，而核潜艇的核燃料，一般都是经高温烧结的圆柱形二氧化铀陶瓷块。


核燃料元件制造是一项高科技工程，包括两个部分，一个是浓缩天然铀，一个是结构的制造。浓缩天然铀是一种高度工业技术。 同位素在化学性质上有如孪生兄弟，无法用普通化学方法把它们分开，所以我们只有依质量差来分离。 铀235及铀238相对的质量差非常小，所以可想而知，其分离技术是多么的困难。至于结构的制造和加工也是非常困难，因为其安全性要求极高，工况又极为恶劣，对腐蚀性能、力学性能、表面质量、氢化物取向、金相组织、尺寸偏差、无损探伤等项指标要求极高，图中展示的是锆合金燃料棒的加工过程，其复杂可见一斑。
真的好复杂


潜艇在正常工作情况下，芯块产生的温度要比火苗的温度还高。堆芯的热量传给水后，压力壳入水口处的水温约为293℃，出水口处的水温约为329℃，堆内的压力为150多个大气压。在这一压力下，水的沸点为345℃，所以，核反应堆内的水是不会沸腾的。这就是人们将核潜艇的核反应堆称为压水堆的原因所在。 同为轻水堆的沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力（约为70个大气压）下，水通过堆芯变成约285℃的蒸汽（这也是“沸水堆”得名的原因），并直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路，省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器，因而显得很简单。压水堆因为一回路和蒸汽系统分开，汽轮机未受放射性的沾污，所以，容易维修。而沸水堆是堆内产生的蒸汽直接进入汽轮机，这样，汽轮机会受到放射性的沾污，这也是核潜艇主要使用双回路压水堆的一个原因。


高温高压水离开核反应堆后进入蒸汽发生器，将蒸汽发生器管外的水加热成蒸汽。所以，整个核反应堆就像一台大锅炉，但这台“锅炉”的“锅”与“ 炉”分开了，核反应堆相当于燃料的“炉子”，蒸汽发生器相当于“锅”。“锅 ”与“炉”之间通过循环泵及管道连在一起。 根据核反应堆的工作原理，如果改变堆内的中子数和中子密度，就可以改变核反应的剧烈程度，从而改变核反应堆的功率。核潜艇是用控制棒和化学控制来控制核反应堆反应速度的，从而使核潜艇做到快慢自如。 若想使核反应堆停堆，只需将控制棒完全插入堆芯中即可。这样，由于控制棒吸收了大量中子，堆芯就会由于中子数量不足而使裂变反应难以为继，核反应自然就会减弱或停止运行了。


呵呵，你好久都没来了。
好好学习，做祖国的栋梁。

核子火箭~！ 都没有哪个国家研究出来了的，要找到这种资料，难乎矣~