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核动力航母上马，铀资源能够自给自足吗？你怎么看？
航母,核动力,反应堆核动力航母上马，铀资源能够自给自足吗？你怎么看？
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
核动力航母上马，铀资源能够自给自足吗？你怎么看？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
核动力航母跑一天需要19公斤铀，我们的核燃料够用吗？这个问题需要好好算一下。
首先，说一下这个19公斤是怎么来的。
按照航母全速航行需要20万马力的功率输出来算，核反应堆的输出功率应该为147兆瓦。
由于核反应堆的循环水温不高，一般在300摄氏度左右，因此它的热效率比燃油锅炉要低。燃油锅炉通常在40%左右，核反应堆则在33%左右。
按照热效率33%来算，反应堆核心的功率就是147 * 3 = 441兆瓦。也就是每秒提供441兆焦的热量。
然后，根据爱因斯坦的质能方程等（过程数字表示太复杂，此处省略500字），可以算出每天（24小时）需要消耗的铀，大约为0.57公斤。
浓缩铀颗粒
我们知道铀燃料是有浓度的，比如美国军用反应堆，绝大多数燃料浓度为97.3%，英国为93%，俄罗斯大多在20%～40%，法国则在7.5%左右，中国是3～5%（公开资料）。
这里需要延伸一下，为什么我们的反应堆只能用与民用堆差不多浓度的燃料？我认为过去是因为技术不够，而现在则是在发力熔盐反应堆，准备弯道超车。就像当年发力有源相控阵雷达一样。
美国的核动力飞机——NB-36H
熔盐堆不是新技术，最早是美国准备用在飞机上的，只是那个时候技术上实在是达不到（其实现在也很难）。但作为第四代核反应堆的主要方案之一，熔盐反应堆已经受到了有核国家的青睐。它最大的优势就是可以使用熔盐来代替高压水，在不需要怎么加压的情况下，温度可以达到1000度以上，这就能大大提高反应堆的热效率，从而提升功率和节省燃料。
显然，把主要精力放在下一代反应堆技术上，要比加强旧技术有意义得多。不过这也需要大量的投入，不是随便哪个国家能做到的。当然，美国也做不到，现在正在跟我们合作。因此，可以毫不夸张地说，在熔盐反应堆领域，我国是主导者。而在我国未来的核动力航母上，极有可能就会见到它的样子。
熔盐反应堆的难点之一，是找到合适的“盐”
至于很多人期待的玲珑一号，那个其实是核潜艇反应堆的民用版。军用改民用，然后再返回去给航母用？显然是不合理的。就算未来升级后用到航母上，那也会有很长的路要走。说实话，要是这样的话，还不如拿潜艇反应堆来直接改，速度更快。
回到正题。如果将来航母上用了熔盐反应堆，那燃料是不是可以提升到跟美国一样的浓度？这个问题就只能靠猜了，完全没有意义。
因此，不妨继续以3%的浓度来计算，这个数字比较接近于民用核燃料，也能与我国的核燃料产量和消耗量来直接对比。
以3%的浓度计算，0.57公斤的铀，就相当于19公斤的核燃料。因此，如果航母持续以20万马力的功率运行，每天消耗的核燃料为19公斤。
当然，航母不会每天都在跑，跑的时候也不会一直全功率，直接用这个数字乘以天数来计算核燃料消耗，是非常错误的。因此，我假设了一个比较简单粗暴的计算模型——
按照一年有1/3的时间在训练，训练过程中，有1/3的时间是全功率运行，其余时间为1/3功率，非训练时间为5%功率运行。
则可以得出，航母反应堆的日均功率为峰值的20%，也就是平均每天消耗19 * 0.2 = 3.8公斤，一年消耗1400公斤。
关于这个模型准确性，可以用美国的尼米兹来简单论证一下。以20%的日均功率来计算，尼米兹平均每天消耗燃料0.57 * 20% ÷ 97.3%（浓度） * 365 = 43公斤。以25年的寿命计算，燃料棒总重量为 43 * 25 = 1075公斤。这与尼米兹反应堆有1吨核燃料的传言相吻合。因此也就说明模型具有一定的可信度。
如果考虑到我国航母的实际训练强度会比较大，1艘航母每年消耗核燃料大约在2吨左右。如果未来有6艘核动力航母的话，每年总消耗燃料为12吨。
核燃料棒组件
12吨是个什么概念呢？
根据世界核协会网站的资料，我国目前每年消耗的铀材料为9000吨。这些铀材料（黄饼）的主要成分是U3O8，含量为85%，其中U235的含量约为0.7%。要用到燃料棒的话，就得继续分离提纯。所以，简单计算的话，纯的U235为5.355吨，换算成3%的核燃料棒的话，就是178.5吨。
12吨就相当于我国目前年消耗量的6.7%。
铀浓缩
这个数字看起来可不小，但是也不用担心。
因为9000吨是消耗，实际上我国储备的铀原料要比消耗得多得多。资料显示，我国在2009-2014 年，进口了超过11.5万吨铀，平均每年2万多吨。另外，我国核原料的来源，分为3部分：一部分是国内开采，一部分是国外合营，还有一部分是公开市场采购，这3部分各占1/3。
未来10年，随着我国民用核电站的迅猛发展，消耗的铀也会增加很多，当然，储备量相应也会增加。到那个时候，核动力航母消耗的铀，占总消耗的比重，估计连1%都达不到。
因此，区区30吨完全是小菜一碟。
就算严格要求绝对自产，根据进口数量来推算，自家开采的也绝对够用，自给自足完全没问题。
燃料棒组装
有的人可能会问，你看哈萨克斯坦、澳大利亚等国家每年铀矿产量巨大，要不要担心我们自家的铀矿储量呢？我觉得大可不必。一方面，有些国家是靠卖矿为生的，自然会拼命去挖；另一方面，我们明明自己有还要去购买，原因不言自明（美国更狠）；还有一方面，有些事情还是自己明白不公开更好……
所以，我们的铀资源完全够用，核动力航母赶紧下饺子吧！
（本文计算数据皆源于推测，不能作为任何依据，如有考虑不周，欢迎留言指正。）
回答于 2019-09-11 08:43:50
这其实也就是个算数题而已，只要知道国产核动力航母消耗多少核燃料然后再比较我国铀的年产量就能看穿一切。以尼米兹级核动力航母为例，它装备了两座通用动力公司的A4W/ AIG大功率压水核反应堆，根据相关资料，尼米兹级一个反应堆每次更换核燃料棒为138公斤，两个就是276公斤，而这些核燃料棒的丰度为4%左右，也就是说每次需要的纯铀重量为11公斤左右，而这小小的11公斤铀足以支撑尼米兹航母航行10万公里以上，根据使用情况不同，每13年左右才需要更换一次。
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