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如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

来源:新鲜事521❤   浏览量:0   发布日期:2021-11-06

近日,美国海军一艘海狼级核潜艇二号艇“康涅狄格号”发生了水下碰撞事故,引发了大家对核潜艇的安全措施的担忧——如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

核动力装置能够获得超强的续航力,例如海狼级使用的S6W型反应堆,20多年才需要更换一次核燃料,因此深受青睐。

但危险也显而易见,如果发生碰撞、沉没等事故,可对周围环境产生不同程度的影响。

目前,关于这一事件公开的信息比较有限,碰撞的具体情况我们不得而知,这篇文章主要是分析一下,核潜艇的核动力装置究竟是什么情况,发生碰撞后导致核泄漏的可能性。


如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

海狼级二号艇“康涅狄格号”核潜艇丨图片来源:维基百科

Part.1

使用核动力的船舶舰艇,其实就是一座座海上核反应堆

据不完全统计,目前世界上有160多艘在役的核动力船舶,舰(艇)载核反应堆数量超过200个。这些船舶中,大部分是核潜艇。

根据劳埃德船级社的数据,从1950年代以来,大约有700座核反应堆在海上使用。截止2021年,美国海军在役的舰(艇)载核反应堆数量超过100个。

由于核潜艇长时间在海洋上运行,所到之处经纬度跨度极大,海况也不同,因此,对核反应堆的紧凑性、耐用性、坚固程度等的要求比陆地上的核电站高得多。

核潜艇上搭载的反应堆通常有以下三个特点:

第一,整体抗冲击能力要比核电站强。核潜艇上使用的核燃料、元件和各种模块需要在极端操作下持续工作,因此,抗冲击能力要比陆地上的反应堆强,才能应对包括碰撞、被反潜武器击中等极端情况下的冲击。

同时,反应堆还需要快速、频繁地改变输出功率,以适应相关战术需要。


如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

核裂变链式反应的图解丨图片来源:维基百科

第二,要有高效的屏蔽装置防止人员被辐射危害。由于核潜艇上的人员长时间在封闭环境中工作,因此,反应堆要有高效的屏蔽装置,并从设计上防止高放射性裂变产物进入冷却剂,减少艇员在辐射中暴露的时间。

根据美国海军对核潜艇非动力舱内辐射水平的要求,艇员受到的辐射甚至要比在日常生活环境中更低。

第三,核潜艇上的反应堆还需要足够紧凑和安静。在紧凑性方面,由于潜艇上的空间有限,美军核潜艇主要使用高浓铀燃料的压水反应堆,即便如此,艇载反应堆的输出功率还是要低于陆基核电站。以海狼级为例,输出功率为43兆瓦,而陆基核电站可达到上千兆瓦。

此外,潜艇上的反应堆还需采用静音设计,一方面是降低被反潜平台发现的概率,另一方面也是给艇员创造一个良好的环境。


如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

艇载和舰载反应堆的区别丨图片来源:USnavy

Part.2

水下碰撞,究竟会不会造成核泄漏?要看具体情况

如果碰撞发生在艇艏或者围壳附近,一般不会伤及安装在中后部的核反应堆。但如果碰撞发生的位置正好处于反应堆所在的舱段,那么核泄漏的概率就大大增加,具体取决于反应堆的结构是否受损。

以2000年爆炸沉没的“库尔斯克号”核潜艇为例,虽然艇艏已经被炸得面目全非,反应堆也受到爆炸的冲击,但主体结构却没有受到影响。

这是因为,“库尔斯克号”上搭载的两座OK-650b反应堆使用的浓缩铀封装在锆金属管中,被20至30厘米厚的钢制外壳包裹着,外壳之外还覆盖了一层厚度为1.5米的合金钢制的屏蔽装置。

从这个结构可以看出,只要最里面的锆金属管没有撞破裂,那么核泄漏就可以控制。

除了封装浓缩铀的最内层模块外,放射性物质还可能留存在堆体其他内部构件上——比如反应堆冷却剂通过管道系统时带走一些放射性产物。正常情况下这些放射性产物会被净化系统去除,但如果艇体破裂伤及反应堆的管道系统,也会造成一定程度的放射性污染。


如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

一种西方核潜艇反应堆的示意图丨图片来源:RoelfBlaauboer PHD

通过以上分析我们得知,核潜艇在水下发生碰撞是否发生核泄漏,取决于撞击的位置。同时,反应堆的多重屏障也会起到保护的作用,即便像“库尔斯克号”那样,艇艏被炸得面目全非,也可能不发生核泄漏。

后来俄罗斯方面的调查发现,爆炸沉没的“库尔斯克号”核潜艇之所以没造成严重的后果,是由于反应堆舱的值班人员在第一次爆炸后将自己反锁在舱内,关闭了反应堆。

Part.3

一旦发生核泄漏,会产生哪些影响?

万一核潜艇由于碰撞等事故发生了核泄漏,评估影响后果还需要结合事故深度。

如果发生在浅海,那么问题就很尖锐和棘手了。

一方面,浅海如果发生核泄漏,会严重破坏海洋生态环境;另一方面,由于事故深度太浅,需要着手打捞才能解除隐患。而对于那些已经沉没在深海中、成为辐射源的核潜艇残骸,目前只能依靠海洋的稀释作用降低影响。

库尔斯克号之所以备受瞩目,是因为事故发生的深度只有108米,属于在浅水海域,一旦发生核泄漏,那是非常危险的。


如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

1989年沉没的苏联К-278核潜艇,至今仍然存在核泄漏丨图片来源:维基百科


如果核潜艇在水下发生碰撞事故,会不会导致核泄漏?

库尔斯克号被打捞上来的模样,艇艏已经被切掉丨图片来源:themoscowtimes

Part.4

如果核泄漏发生在深海,又如何呢?

我们以挪威海洋研究所对1989年沉没的苏联К-278核潜艇研究为例,其沉没深度为1680米,由于深海环境的稀释作用,而且鲜有鱼类在如此深的环境中生存,因此对挪威海岸的影响相对要小一些。

然而,这艘核潜艇目前仍然是巴伦支海海底一个不断对外辐射的源,加上两枚钚核弹头无法打捞,该艇周围的放射性铯含量要比正常水平高出100万倍。

因此,核潜艇在深海沉没,也会对环境造成影响。

此外,本次事件中的海狼级核潜艇二号艇搭载的S6W型反应堆使用93%的高浓缩铀-235,理论上已经达到武器级的水平(其他国家的核潜艇一般使用7%至45%不等的铀-235)。

据美国国家核安全管理局的数据,美国海军每年消耗2.5吨的高浓缩铀以支持各种舰艇的核反应堆使用,占全球海军高浓缩铀使用量的60%,能够造至少100件不同当量的核武器。

Part.5

结语

总得来说,虽然核反应堆的技术已渐趋成熟和稳定,但用于作战的核潜艇会面临各种遭遇,一旦发生水下碰撞或者其他事故,破坏了堆体及周围带有放射性物质的管道,就会造成不同程度的放射性污染。

因此,事故发生后,明智之举应该是立即查明原因、组织行动,从而降低影响。因为一旦发生核泄漏,不管事故深度在浅海或深海,都可能对生活环境和海洋生态环境造成恶劣影响。