如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?

近日,美國海軍一艘海狼級核潛艇二號艇「康乃狄克號」發生了水下碰撞事故,引發了大家對核潛艇的安全措施的擔憂——如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?核動力裝置能夠獲得超強的續航力,例如海狼級使用的S6W型反應堆,20多年才需要更換一次核燃料,因此深受青睞。

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但危險也顯而易見,如果發生碰撞、沉沒等事故,可對周圍環境產生不同程度的影響。

目前,關於這一事件公開的信息比較有限,碰撞的具體情況我們不得而知,這篇文章主要是分析一下,核潛艇的核動力裝置究竟是什麼情況,發生碰撞後導致核泄漏的可能性。

Part.1

使用核動力的船舶艦艇,其實就是一座座海上核反應堆

據不完全統計,目前世界上有160多艘在役的核動力船舶,艦(艇)載核反應堆數量超過200個。這些船舶中,大部分是核潛艇。

根據勞埃德船級社的數據,從1950年代以來,大約有700座核反應堆在海上使用。截止2021年,美國海軍在役的艦(艇)載核反應堆數量超過100個。

由於核潛艇長時間在海洋上運行,所到之處經緯度跨度極大,海況也不同,因此,對核反應堆的緊湊性、耐用性、堅固程度等的要求比陸地上的核電站高得多。

核潛艇上搭載的反應堆通常有以下三個特點:

第一,整體抗沖擊能力要比核電站強。核潛艇上使用的核燃料、元件和各種模塊需要在極端操作下持續工作,因此,抗沖擊能力要比陸地上的反應堆強,才能應對包括碰撞、被反潛武器擊中等極端情況下的沖擊。

同時,反應堆還需要快速、頻繁地改變輸出功率,以適應相關戰術需要。

如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?

第二,要有高效的屏蔽裝置防止人員被輻射危害。由於核潛艇上的人員長時間在封閉環境中工作,因此,反應堆要有高效的屏蔽裝置,並從設計上防止高放射性裂變產物進入冷卻劑,減少艇員在輻射中暴露的時間。

根據美國海軍對核潛艇非動力艙內輻射水平的要求,艇員受到的輻射甚至要比在日常生活環境中更低。

第三,核潛艇上的反應堆還需要足夠緊湊和安靜。在緊湊性方面,由於潛艇上的空間有限,美軍核潛艇主要使用高濃鈾燃料的壓水反應堆,即便如此,艇載反應堆的輸出功率還是要低於陸基核電站。以海狼級為例,輸出功率為43兆瓦,而陸基核電站可達到上千兆瓦。

此外,潛艇上的反應堆還需採用靜音設計,一方面是降低被反潛平台發現的機率,另一方面也是給艇員創造一個良好的環境。

如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?

Part.2

水下碰撞,究竟會不會造成核泄漏?要看具體情況

如果碰撞發生在艇艏或者圍殼附近,一般不會傷及安裝在中後部的核反應堆。但如果碰撞發生的位置正好處於反應堆所在的艙段,那麼核泄漏的機率就大大增加,具體取決於反應堆的結構是否受損。

以2000年爆炸沉沒的「庫爾斯克號」核潛艇為例,雖然艇艏已經被炸得面目全非,反應堆也受到爆炸的沖擊,但主體結構卻沒有受到影響。

這是因為,「庫爾斯克號」上搭載的兩座OK-650b反應堆使用的濃縮鈾封裝在鋯金屬管中,被20至30厘米厚的鋼制外殼包裹著,外殼之外還覆蓋了一層厚度為1.5米的合金鋼制的屏蔽裝置。

從這個結構可以看出,只要最里面的鋯金屬管沒有撞破裂,那麼核泄漏就可以控制。

除了封裝濃縮鈾的最內層模塊外,放射性物質還可能留存在堆體其他內部構件上——比如反應堆冷卻劑通過管道系統時帶走一些放射性產物。正常情況下這些放射性產物會被淨化系統去除,但如果艇體破裂傷及反應堆的管道系統,也會造成一定程度的放射性污染。

如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?

通過以上分析我們得知,核潛艇在水下發生碰撞是否發生核泄漏,取決於撞擊的位置。同時,反應堆的多重屏障也會起到保護的作用,即便像「庫爾斯克號」那樣,艇艏被炸得面目全非,也可能不發生核泄漏。

後來俄羅斯方面的調查發現,爆炸沉沒的「庫爾斯克號」核潛艇之所以沒造成嚴重的後果,是由於反應堆艙的值班人員在第一次爆炸後將自己反鎖在艙內,關閉了反應堆。

Part.3

一旦發生核泄漏,會產生哪些影響?

萬一核潛艇由於碰撞等事故發生了核泄漏,評估影響後果還需要結合事故深度。

如果發生在淺海,那麼問題就很尖銳和棘手了。

一方面,淺海如果發生核泄漏,會嚴重破壞海洋生態環境;另一方面,由於事故深度太淺,需要著手打撈才能解除隱患。而對於那些已經沉沒在深海中、成為輻射源的核潛艇殘骸,目前只能依靠海洋的稀釋作用降低影響。

庫爾斯克號之所以備受矚目,是因為事故發生的深度只有108米,屬於在淺水海域,一旦發生核泄漏,那是非常危險的。

如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?

如果核潛艇在水下發生碰撞事故,會不會導致核泄漏?

Part.4

如果核泄漏發生在深海,又如何呢?

我們以挪威海洋研究所對1989年沉沒的蘇聯К-278核潛艇研究為例,其沉沒深度為1680米,由於深海環境的稀釋作用,而且鮮有魚類在如此深的環境中生存,因此對挪威海岸的影響相對要小一些。

然而,這艘核潛艇目前仍然是巴倫支海海底一個不斷對外輻射的源,加上兩枚鈽核彈頭無法打撈,該艇周圍的放射性銫含量要比正常水平高出100萬倍。

因此,核潛艇在深海沉沒,也會對環境造成影響。

此外,本次事件中的海狼級核潛艇二號艇搭載的S6W型反應堆使用93%的高濃縮鈾-235,理論上已經達到武器級的水平(其他國家的核潛艇一般使用7%至45%不等的鈾-235)。

據美國國家核安全管理局的數據,美國海軍每年消耗2.5噸的高濃縮鈾以支持各種艦艇的核反應堆使用,占全球海軍高濃縮鈾使用量的60%,能夠造至少100件不同當量的核武器。

Part.5

結語

總得來說,雖然核反應堆的技術已漸趨成熟和穩定,但用於作戰的核潛艇會面臨各種遭遇,一旦發生水下碰撞或者其他事故,破壞了堆體及周圍帶有放射性物質的管道,就會造成不同程度的放射性污染。

因此,事故發生後,明智之舉應該是立即查明原因、組織行動,從而降低影響。因為一旦發生核泄漏,不管事故深度在淺海或深海,都可能對生活環境和海洋生態環境造成惡劣影響。

本文轉自中國科普博覽

來源:cnBeta