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核动力航母如果被击沉,反应堆是完全不可能发生爆炸的!许多人常常执拗于核动力反应堆的燃料丰度过低,其实这并不是反应堆不能爆炸的主要原因!虽然民用电站的反应堆所使用的铀燃料棒丰度只有3%左右,而核武器的铀235或者钚239的丰度则要求在90%以上,然而!军用舰艇因为空间有限,加装核燃料极其复杂,因此要求一次装填足够保证尽可能的长时间不用更换核燃料!
目前法国的戴高乐航母使用的是丰度在20%左右的低浓缩铀燃料,因此平均每七八年就必须进行一次大修式的燃料更换,所以我们也可以看到这艘欧洲唯一核动力航母趴窝的时间远比出港的时间要多的多!而美国主流的尼米兹级航母则使用丰度40%到60%之间的铀燃料棒,一次可以使用15年之久!美国最新下水的福特级航母采用新式的A1B压水反应堆,燃料棒丰度提高到90%以上,直接就是使用的武器级铀235,有些甚至是直接从过期核弹头上拆解而来,可以保证一次装填,全寿命使用!所以航母如果被击沉,单纯说核燃料的丰度,显然不正确!
(俄罗斯核潜艇换装武器级铀燃料)
航母的核动力装置简单来说就是使用铀235材料进行裂变,裂变产生的大量热能被一回路中的冷却剂带至二回路中的水,水烧热后产生的大量高温蒸汽通过增压后被用来冲击汽轮机转动轴的叶片之上,从而带动螺旋桨旋转。所以核动力装置的核心就是铀235的裂变!
舰用核动力装置中的铀235之所以发生裂变,是因为其被人为的设计成了一个临界状态,在这个状态之下,中子撞击铀235原子核,释放出的中子继续撞击另外的铀原子核,从而发生持续稳定的能量输出。那么如何保证这样的裂变反应在认为的可控范围之内?这就是反应堆所用到最多的控制棒,控制棒是由碳化硼等容易吸收中子的材料制造而成,当裂变产生的中子数过多,就将反应堆中间的控制棒插深一点,链式反应就会慢下来,需要增加功率,就拔出来一点,中子数增加,裂变反应就加剧,从而实现人为可控的核裂变反应。
(核反应堆控制棒)
舰用反应堆的第一设计准则就是安全!因此航母反应堆通常被安装在舰体中间装甲防护最为严密的区域,一般是没有任何导弹或者鱼雷能够一发直接打中舰用核动力装置的!而在受到攻击后,反应堆通过人为预或者自动预警,会进入紧急状态,反应堆中间的控制棒会全数掉落至最中间,中子被全数吸收,反应堆处于完全停堆状态,这种情况是绝对不可能发生爆炸的!
而即使是受到攻击后,控制棒没有掉落,反应堆一二回路导热装置损坏,那么也大概率仍然不会发生爆炸!当年的切尔诺贝利事件中,因为堆芯过热,控制棒数量过少,而热量又迟迟无法排解出去,最终导致水蒸汽含量过高,发生了可怕的反应堆蒸汽爆炸,直接掀开了反应堆保护罩。而航母核反应堆即使控制棒失灵,由于已经被击沉,那么舰体必然大部甚至全部都淹没在大海之中,由于海水既可以吸收中子又能够吸收大量热能,因此沉入水下的反应堆即使继续工作,受到海水的影响,功率也会降低,而释放的热能则会源源不断被海水吸收,以水蒸汽形式冲出海面。
那么如果发生最极端的情况,鱼雷或者导弹直接贯穿舰体装甲,在反应堆中心爆炸,而这一反应堆又刚好使用的是90%以上的武器级铀,那么可能会发生核爆炸吗?仍然不会!核武器之所以发生核爆炸,主要是通过在一个密闭空间内使用经过了精确计算和布置的常规炸药爆炸将次临界状态的核装药挤压,增加中子密度而达到超临界状态,从而发生剧烈的不可控链式核裂变,从而发生核爆炸!
(原子弹原理)
如果是鱼雷或者导弹在反应堆中爆炸,因为炸药并不是事先经过严密计算和设计的,所以爆炸释放出的爆炸压力也是无序杂乱的。又因为反应堆从严格意义上属于一个半敞开的大型装置,所以这些核装药不仅不会被压缩,反而会被四散炸出反应堆,最后沦为放射性污染源!如果随便弄些浓缩铀,再用炸药就能引起核爆炸,那核武器的制造岂不是太简单了?
这个问题是不是想问核动力航母被击沉会不会发生类似原子弹爆炸的“核爆”?答案是不会!当然,核动力装置如果在控制不当的情况下,确实会发生爆炸,人类历史上最严重的两次核事故“切尔诺贝利核事故”和“福岛核事故”都是由于核反应堆控制不当(人为或者自然原因),但是都不是“核爆”,而是反应堆系统在高温高压下的常规爆炸以及事故产生氢气聚集造成的“氢气爆炸”!法国“戴高乐号”核动力航母上的2座K-15反应堆及动力系统布置
美国上世纪60年代的全核舰队:“企业号”核动力航母、“长滩号”核动力巡洋舰和“班布里奇号”核动力驱逐领舰“福岛核事故”中由于“氢气爆炸”被炸毁的核电厂厂房
目前核动力舰艇采用的还是可控核裂变反应堆,也就是与原子弹原理相同的重核元素裂变释放能量,因此,对于核动力航母会不会“核爆”的问题,我们先了解一下原子弹的“核爆”过程。原子弹的原料一般为铀或者钚,铀原子受到一个中子的轰击后将分裂为2个中等质量的原子及2个中子,而新产生的2个中子又可以继续轰击其他铀原子,以此类推实现链式裂变反应并释放能量,直到铀原子消耗完。这一过程在极短时间内完成导致大量能量急剧释放,就是我们看到的原子弹爆炸!核动力舰艇上的反应堆不会发生类似原子弹爆炸那也的“核爆”
核爆炸的核心条件有2个:一是易裂变原子富集度要足够高、也就是纯度要高,二是要有易裂变原子一定的质量,即要达到临界质量以上。对于核动力航母来说,为了实现长时间不换料(核潜艇甚至整个设计寿命内都不换料),需要在反应堆中装载足够量的核燃料,因此,其核反应堆装载的是高富集度的燃料,据称富集度可以达到70%-80%,远高于核电站中采用的富集度3%-5%的燃料。但是,原子弹中采用的铀235的富集度必须在90%以上,如果是钚弹的话则需要达到93%以上。因此,即使核动力航母被击沉,核反应堆损毁的话,也不会发生类似原子弹那也的核爆炸。
美国“福特号”核动力航母上的A1B反应堆,采用高富集度核燃料!
核动力舰艇中的反应堆都具有完善的控制系统设置,一旦遇到外部剧烈冲击或者关键系统、部件损坏,控制系统就会自动动作,使反应堆停堆,一旦裂变反应终止也就不会发生爆炸。但是,即使反应堆没有停堆,裂变反应持续释放能量,那么最终也只导致反应堆一回路系统超温超压而发生常规爆炸,反应堆存在炸毁的可能。另外,要想击沉核动力航母是一件非常困难的事情,而且核动力装置也安装在航母防护能力最强的位置,一般手段也无法直接毁伤航母反应堆。即使最坏的的情况,导弹穿透航母直接炸掉反应堆,也不会引起核爆炸。
“尼米兹级”核动力航母核反应堆位于防护最强的核心位置
不过,不管核动力航母被击毁反应堆是不是发生核爆炸,其都会造成大量的放射性释放,即使反应堆完整的沉入海底,长时间后也肯定会发生核泄漏。从核动力应用到军事装备上以来,已有多艘核潜艇发生事故沉入海底,但是截至目前并没有发生由于事故潜艇核泄漏对海洋环境造成明显的影响,这主要是得益于海洋庞大的容量,那些放射性释放量放到整个水体中不会有明显的影响(“切尔诺贝利”和“福岛”事故与此不同)。
历史上已有多艘核潜艇发生事故、沉入海底,都没有发生过核爆炸。
核能是目前人力能够掌握的最高端的能源形势,但是,对人类及自然环境的潜在威胁也是最大的。目前全球范围内运行的核电站约有400座、各类核动力舰艇超过200艘,任何一个出现问题都会引起全球的关注,因此,不论任何时候,对于核能的开发利用不仅要有先进、可靠的技术,也要有严谨的态度!美国是核能利用能力最强的国家,其不仅航母全部为核动力,潜艇也全部为核潜艇!
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核动力航母击沉与否与反应堆是否爆炸没有直接关系,因为海水是无法加快或者减缓核反应进行的,我想提问者正真想问的是如果核动力反应堆在受到严重攻击时会不会发生爆炸。
先来了解下核反应相关的基本原理,目前所说的核反应通常就是指核裂变,即U235或者Pu239的裂变,核裂变过程就是中子轰击U235或者Pu239原子的过程,轰击后会将U235或者Pu239变成2个或者多个小的原子,同时放出2-3个中子,这些中子又会引起的新的裂变反应。
下图所示:核裂变过程
在以上的核反应过程中,中子是再生的,但是作为核燃料的U235或者Pu239原子数量必然在减少,如果变少到不足以维持核反应进行的时候,则到了换料大修的时候。
目前有能力制造航母反应堆的公司主要还是美国西屋公司、贝蒂斯核子动力实验室以及通用电气公司,为了制造出堆艇同寿的反应堆,即反应堆的换料周期为可长达50年以上,航母上空间有限,这样就不得不提高反应堆核材料的浓缩度,做到堆艇同寿的核动力堆使用的核材料铀浓缩度达到90%以上,是武器级别的。
下图所示:核动力航母反应堆
也就是说如果核动力航母反应堆受到严重攻击是有可能发生爆炸的。
为了提高反应堆的安全性,反应堆在设计之初就采取了纵深防御的策略,这一里年还是美国海军上将,世界著名的核物理学家,美国核动力海军的奠基者海曼·里科昂最早提出的,当航母受到攻击时,舰体巨大的振动必然引起反应堆停堆保护动作,这时控制棒会稳稳的插入堆芯,组织核反应的继续进行。
下图所示:海曼·里科昂
因此,除非先发生控制棒严重故障或者插棒过程中发生严重的卡棒事故,否则不可能发生爆炸。
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首先,炸沉一艘航母是非常难的事 , 仅以美军来说,单艘航母可能拥有80架到90架舰载机,以及多艘护航舰,一艘为2艘巡洋舰+4艘驱逐舰,合计拥有约600个垂发单元,以及几十枚反舰导弹,几十枚反潜鱼雷,以及水下的核潜艇等。 舰艇核反应堆通常为压水堆。第一冷却方便,大海是取之不尽的冷却源。第二,安全性好,相对于沸水堆,压水堆不易泄漏。第三,出项故障后停堆方便。 一般航母沉没都是敌方炸弹或者鱼雷爆炸导致航母内部的弹药库和油料库集体大爆炸所致,所以密闭的动力舱在大爆炸中不太可能能抗的住,很可能发生小型核爆。另外,就算动力舱没有损坏,沉入海底后长期海水侵蚀也会让动力舱破损,导致放射性物质外泄。所以不管怎样,都会对海洋生态造成巨大影响。
不会
首先核材料是必须要达到武器级别的,武器级和非武器级的区别就在于纯度不一样,民用级别的核反应堆只会发生堆芯融化蒸汽爆炸,不会说产生核爆炸。
核爆炸的发生条件主要就是两个,一个就是达到武器级别的核材料,经过漫长的离心机浓缩过程进行提纯,二个就是达到临界质量,著名的枪式核弹就是利用两块武器级别的核材料,然后通过爆炸产生的高压使两块结合成一块,然后由于自然界中就有中子,爆炸产生的高压使得两块核材料密度变大,加上它纯度又很高核裂变的反应过程需要中子击中铀235原子。
大家都应该知道无论纯度多高的核材料,它中间的类似于铀235原子之间的距离是非常远的,这些空隙可以通过大量的中子所以当一个中子轰击铀235原子,然后释放出2个中子的时候如果铀235原子之间间隙太多就导致无法触发链式反应,爆炸产生的压力就能缩小核材料中间铀235原子之间的间隙,当间隙更小中子就更容易撞上铀235原子,从而顺利的实现链式反应触发核爆炸。
那么航母上的核反应堆属于民用性质的,所以核爆炸产生的两个条件中第一个就不符合就是纯度不够,纯度不够铀235原子之间存在其它的东西所以说不能触发链式反应的,再加上核反应堆为了控制反应速度有控制棒,当控制棒完全插入就吸收了全部中子实现停堆。
所以哪怕导弹直接击穿反应堆外壳也只会造成核污染,不会造成核爆炸。
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