进之处等。
反应堆 关键词 ： 航空母舰 ； 一 核动力； ６ ５ 文献 标识 码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｕ６ ４．１ １ 文章编号 ： １７ ７ ９ ２０ ）３一 １３一 ６２一 ６ （０８ ０ ０ ６ ０ ４ ４ Ｄ １１．４ ／．ｓ ．６２一 ６ ９２０ ．３０４ ０ ：０ ３ ０ｊ ｉｎ １７ ７４ ．０ ８０ ．３ ４ ｓ
Ｉ Ｃ ＮＺ 级航母对新反应堆的需求 Ｖ Ｉ
美国 Ｃ ＮＺ Ｉ 级航母需要设计新反应堆的原因 Ｖ
主要有：Ｖ Ｉ 级航母需要更大的功率； Ｃ ＮＺ 减少人员需
求； 降低全寿期费用。
Ｃ ＮＺ 级航母需要反应堆提供更高的功率和电 ｖ Ｉ
力。目 “ 前，尼米兹” 级航母的轴功率为２ Ｍ 涡 ９ ０ ｗ，
Ａ Ｗ Ｚ
诺尔实验室 诺尔实验室
诺尔实验室
０ （ 】 ６ ０Ｘ
０ 知 ４ １旧
３ 洲】 ５峨 洲
“ 俄亥俄” 级核潜艇
“ 弗吉尼亚” 级核潜艇 “ 号航母 企业” 尼米兹” 级航母
（Ｖ ６ ￣ ０ ７ ） Ｃ Ｎ８
贝蒂实验室
贝蒂实验室
４ Ａ Ｗ
１ ０心 ） ４ ＸＫ
西屋公 司
ＡＩ Ｇ
轮发电机组功率为 ６ Ｍ 应急柴油发电机组功率 ４ Ｗ， 为 ＳＭ Ｗ。“ 尼米兹” 级航母上现有设备的基本负荷
所拥有的裕度很小， 其反应堆已不能满足 Ｃ ＮＺ 级 ｖ Ｉ
航母新技术的插人对功率和电力的需求。由于 Ｃ Ｎ Ｖ １ ２ 将使用电气化辅助设备、 电磁飞机弹射系统、 动态 装甲等耗电量较大的系统， 因此需要更大的电力保 障。如果反应堆不能提供充足的电力， 还会影响新技 术的插入， 如定向能武器等。因此在 Ｃ ＮＺ 的设计 Ｖ Ｉ 中提出了３ 倍于“ 尼米兹” 级发电量的需求。 降低维修复杂性、 减少维护人员、 降低全寿期费 用是美国海军发展舰艇追求的重要 目标。“ 尼米兹” 级航母反应堆是基于 ２ 世纪 ６ 年代末的反应堆技 ０ ０ 术， 其维修和维护都比该反应堆将提供比“ 尼米兹” 级反应堆高 ２％的能量， 倍于“ ５ ３ 尼米兹” 级反应堆的电
力， Ｃ ＮＺ 级航母电磁弹射器以及未来高能武器上舰的需求。此外，Ｉ 满足 ｖ Ｉ Ａ Ｂ型反应堆的舰上维护人员只有“ 尼米
兹” 级航母反应堆维护人员的一半 ， 且使用寿命更长。本文将分析 Ｃ ＮＺ 级航母对新反应堆 的需求、 Ｖ Ｉ 新反应堆的改
第３ ０卷第 ３期 ２０ ０ ８年 ６月
舰 船 科 学 技 术
Ｓ Ｐ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ Ｔ ＨＮＯＬ ＨＩ ＣＩ ＥＣ ＯＧＹ
Ｖｌ ０ Ｎ ． ｏ ３ ， ｏ３ ． Ｊｎ ， ０ ８ ｕ ． ２０
美国 Ｃ Ｎ２ 级航母的 Ａ Ｂ型反应堆 Ｖ １ Ｉ
文盖雄’ ， 张海波 ２
（． １ 中国船舶信息中心， 北京 １０９ ； ． ０１２ ２ 海军装备部， 北京 １０４ ） ０８１ 摘 要： 美国目 前正在建造ｃ Ｎ 级 ｖ Ｚ 航母， 舰ｃＮ 将于２巧年服役。 ｖ １ Ｉ 其首 ｖ ７ ８ 。 ｃＮ 级航母的 ２ 一个重要改
航母和潜艇都将采用这种先进堆芯材料。ｃ Ｎ 反 ｖＺ Ｉ
应堆的改进还包括改进部件和系统设计， 如重新设计 蒸汽发生器等， 从而减少维修， 延长使用寿命并降低 全寿期费用。 ） １ 改进堆芯的设计、 分析、 检查方法和制造工 艺， 改进核燃料材料和制造工艺， 提高能量密度。 “ 级航母反应堆是基于 ２ 世纪６ 年代的 尼米兹” ０ ０ 核技术， 受当时计算能力、 测试数据以及所使用的设计
反应堆 ＡＢ Ｉ 将在保证安全的情况下降低设计保守性。 通过改进方法并开发新模型， 进行核、 水力学、 热一 结构 力学、 流体力学、 动态结构负载预测和分析， 建立新的 堆芯性能规范， 使堆芯运行效率最大化。 “ 级航母反应堆堆芯的设计导致在运行 尼米兹” 时核燃料有过热点， 因此在进行燃料元件设计和运行 时必须留有较大裕度， 因而限制了功率密度和使用寿 命。Ａ Ｂ反应堆将改进堆芯设计和核燃料元件制造 Ｉ 工艺， 减少过热点数量， 从而允许堆芯以更高的功率 密度运行， 并能延长堆芯寿命， 还将减少废料的产生。 Ａ Ｂ反应堆将改进核燃料元件的材料和结构。 Ｉ 美国目 前的舰用反应堆的核燃料均为高浓缩铀， 如 “ 尼米兹” 级的 Ａ Ｇ反应堆燃料的 Ｕ ３ 浓缩度为 Ｉ 一 ５ ９．％。美国海军反应堆核燃料浓缩度将从 ９．％ ７３ ７ ３ 过渡到 ９％， 弗吉尼亚” ３ 如“ 级潜艇的 ｓＣ反应堆、 ｇ Ｃ ＮＺ 级航母的 Ａ Ｂ反应堆以及其他未来舰用反 Ｖ Ｉ Ｉ 应堆都将使用 Ｕ ３ 浓缩度为 ９％的燃料。这是因 一 ５ ３
２ “ Ｉ” Ａ Ｂ 型号的来历
美国“ ” 企业 号核 动力航 母 的反 应堆 型号是 Ａ Ｗ，尼米兹” Ｚ “ 级航母的反应堆型号是 Ａ Ｗ Ａ Ｇ ４／ 。 Ｉ “ 尼米兹” 级航母从第 ４艘“ 罗斯福” 号开始， 核反应 堆由西屋电气公司的 Ａ Ｗ 型压水堆换为通用电气公 ４
司的 Ａ Ｇ型。其中，Ａ， Ｉ “ 代表航母，Ｗ” ’ “ 代表西屋电 气公司，Ｇ 代表通用电气公司。 “” Ａ Ｂ型反应堆中的“ ” Ｉ Ｂ 代表该型反应堆的主承 包商“ 贝切特（ ｅｈ ） Ｂ ｔ 公司” ｃ ｅ ｌ 。在 ２ ０世纪 ９ ０年代提 出研制下一代航母的新型核反应堆时， 反应堆型号原 为 Ａ Ｗ， Ｓ 但后来改为 Ａ Ｂ Ｉ 。因为研制该型反应堆的 主要实验室是贝蒂原子能实验室， 该实验室属国家所 有， 由企业负责运营， 其运营商在 １９ 年之前是西屋 ９９
① 西屋电气公司于 １９ ９９年被英国核韶料集团公司（ Ｎ ） ＢＦ Ｌ 收晌， 巧年２ ２ 侃 月被日 本东芝公司以５ 亿美元的价格收购。 ４
规则的限制， 其建模能力十分有限， 因此为了 保证安全 性， 只能执行保守的工艺和程序。Ｃ ＮＺ 使用的高能 Ｖ Ｉ
万方数据
第 ３期
丈盖雄 ， 美国 Ｃ ＮＺ 级航母的 Ａ Ｂ型反应堆 等： Ｖ Ｉ Ｉ
・１ ５ ・ ６
为美国在 １９ 年关闭了朴茨茅斯核浓缩厂， ９２ 停止了 高浓缩铀的生产 ， 并决定舰用反应堆使用来 自于退役 核武器中的高浓缩铀（ 美国核武器中的 ｕ ３ 浓缩 一 ５ 度为９％） ３ 作为核燃料。美国从 １４ 年到 １９ 年 ９ ５ ９ ２ 生产了９４ 高浓缩铀， 前， ９ｔ 目 美国海军所有舰用核反 应堆每年约消耗 ７Ｏｋ 高浓缩铀， ０ ｇ 因此美国在保持 足够数量核武器之外， 其高浓缩铀的储量足够美国海 军核动力舰艇未来若干年的使用。 由于使用高浓缩铀并且具有高功率密度， 美舰用 反应堆堆芯使用了平板型燃料元件， 以增加换热面 积， 从而增加换热效率并提高性能。高浓缩铀分散在 另一种基质（ ａ ｘ 材料里， ｍｒ ｔ） ｉ 外面再用另外的材料包 封， 做成平板型燃料元件。Ａ Ｂ核燃料元件将使用 Ｉ 新的包封材料和制造工艺。 ２ ）改进反应堆性能， 预测模型和装置材料。 反应堆寿命的延长将大幅度提高舰艇可用性 ， 降 低费用， 降低辐射泄露和核废料， 但同时减少了中期
泌Ｗ
轴功率／ ｐ ｈ ｓ
５ 洲 ７（刃 ３ 洲） ５资洲
核燃料浓缩度／ ％
７ ３ ９ ． ９ ． ７３ ９ ３ ９ ３ ７．
舰艇型号
主要研制实验室 贝蒂实验室
承包 商
“ 级核潜艇 海狼介 “ 洛杉矶” 级核潜艇
西屋 公司 通 用电气 通用 电气 通用 电气
西 屋公 司
６ ＳＧ ８ ＳＣ 即Ｇ
Ａｌ ｒ ８ ｔ ｒｆ ｒＣＶＮ ２ ｌｓ ｉｃ ａ ｃ ｒ ｉｒ Ｂ ｅ ｃｏ ｏ ｌｃａ ｓａ ｒ ｒ ｎ ａ ｒｅ
Ｗ ＮＧｉｉ ｇ， Ｈ ｃＨｉｏ Ｎ ａｂＺ Ｅ ａｘｎ，ｚ Ａ 一ｏ 一
（． ｈ ａ ｈ ｎ ｒａｏ ｅｔ ，ｅｉ ０１２Ｃ ｉ ； ． ａａ Ｅ ｕ ｍ ｎ Ｄ ｐｒ ｅｔ １Ｃ ｉ ｓｉ ｆ ｔｎＣｎ ｒＢｉ ｇｌ０９ ，ｈ ａ ２ Ｎｖｌ ｑｉ ｅｔ ｅａ ｎ， ｎ ＰＩ ｍ ｉ ｏ ｅ ｊ ｎ ｎ Ｐ ｍ ｔ
电 公司， ９ 年之 气 １ ９ 后改为贝切特（ｅ ｅ 公司 。 ９ Ｂｈ ） ① ｃｌ ｔ
表１ 为美国海军现役与未来核动力舰艇反应堆型号 与承包商。
表 １ 美国海军现役与未来核动力舰艇反应堆型号与承包商
Ｔ ｂ Ｉ Ｎ ｖ ｒ配ｔ ａ ｄｃ ｎｒｃ ｒ ｉ ｎｔ ｔｌ ａ． ａａ ｅ ｏ ｎ ｌ “ ｏ ｔ ｔｓ ｎＵ ｉ ｄｓ ｅ ａｏ ｅ ａ ． 反应堆 型号
收稿日期：０７ ０ 一 ４ ２ 一 ２ 作者简介： 文盖雄（ ８ 一）男 ， ９ １０ ， 硕士， 主要研究方向为船舶工程。
万方数据
・１ ４ ・ ６
舰 船 科
学 技
术
第３ ０卷
用也较高。 Ｖ Ｉ 级航母需要提高反应堆可靠性， Ｃ ＮＺ 简化并减少维修， 减少维护人员。Ｃ ＮＺ 级航母计 Ｖ Ｉ 划把原来的３ ０ ００名舰员削减至 ２５０人， ０ 削减主要 来自 于反应堆与航空２ 个部门， 其中反应堆部门人员 将削减至“ 尼米兹” 级的一半。
ＡＩ Ｂ
１ ０ （洲 ４ 洲） １ ０ ０沁 ４ （
“ 尼米兹” 级航母
（Ｖ １ ６ ７ ） ＣＮ ￣ ７
诺尔实验室
贝蒂实验室
通用电气
贝切特公 司
Ｃ ＮＩ Ｚ 级航母 Ｖ
３ Ｃ ＮＺ 新反应堆的改进与技术 Ｖ Ｉ
Ｃ ＮＺ 级航母的 Ａ Ｂ型反应堆主要 由美国贝 Ｖ Ｉ Ｉ 蒂原子能实验室研制， 该实验室于 ２０ 年完成了新 ０ ５ 反应堆７％的设计工作， ０ 在设计中吸取了“ 海狼” 级、 “ 洛杉矶” 级和“ 弗吉尼亚” 级等核潜艇反应堆的设计 和运行经验。新反应堆具有更好的设计性能， 进一步 简化了结构， 采用更先进的计算机控制技术， 并采用 先进堆芯材料， 使该堆芯具有更高的能量密度。“ 弗 吉尼亚” 级潜艇以及正处于换料大修之中的核动力
Ｂ ｉｎ ０ ８ １Ｃ ｉ ） ｅｉ ｊ ｇｌ０４ ，ｈｎ ａ