【海军】核动力在军用与民用之间的差别

今天（2014年九月29日），中国国家能源海洋核动力平台技术研发中心在​​中国船舶重工集团公司七一九所（位于武汉市）挂牌成立。此中心由中船重工七一九研究所发起，集合中国核动力研究设计院、中科华核电技术研究院有限公司、中海油研究总院等单位共同组建。这是中共首个国家级海洋核动力平台技术研发机构。两天前已有台湾媒体报导，但是内容有些偏差，主要是猜测这项“海洋核动力平台技术”将被军用化而应用在核动力潜艇和航空母舰上。而事实是刚好相反的：军用和民用的海洋核动力平台有本质上的不同；中共以往只有军用核动力技术，这个新中心完全是为了开发民用版的海洋核动力而创立的。

最早的核反应堆是纯粹研究用的。后来在二戦期间，美国的曼哈顿计划为了提炼钸（Plutonium）而开始建立大功率的反应堆。二戦结束之后，美国积极研究利用核反应堆发电的可能性，这当然是军民两用的技术，但是资金主要来自海军的核潜艇计划，所以整个研究方向是由军方主导的。当时核反应堆的设计五花八门，可是能装在直径不到十公尺的潜艇里的只有一种，就是压水式（Pressurized Water Reactor），所以它成为后来所有军用船舶核动力的来源。既然军方已经投入了那么多銭把工程做出来了，民用的核电厰自然也就沿用这个设计。后来美国大部分的核电厰，尤其是西屋公司（Westinghouse）的產品，都是压水式的。直到更晚才有了沸水式（Boiling Water Reactor），不过它与压水式大同小异，1940和50年代的各式奇型设计大多已被人遗忘。

台湾的核电厰如同世界绝大多数的商用核反应堆一様，不是压水式就是沸水式。台电用“万千瓦”作单位，既有西式的千进位，也有中式的万进位，有点不伦不类。为与下列的ACP-100做比较，核一厰的两个反应堆各有636兆瓦的功率。核二和核三则是1000兆瓦级的反应堆，是1980年代以后的第二代核电厰的主流技术。核四则用了GE最新的第三代设计，功率达到了1350兆瓦。中共最先进的CAP-1400与之有类似的功率，即1400兆瓦，不过用的是西屋的压水式技术。

虽然军用的压水式设计后来也主导了民用核电市场，但是两者之间还是有一个大差别，那就是燃料棒的更换问题。民用的核电站以安全为第一考虑，其次是费用；而军用的则以性能为第一，安全和费用都是次要的。民用的核电站空间有的是，而核潜艇里寸土寸金。因此核电厰的燃料棒一般只有5%的铀235（Uranium 235），大约每隔两年换一次。核潜艇不可能每两年就开膛破肚来换燃料，因此燃料棒必须能用上15（潜艇自身的半寿命）或30年（潜艇的全寿命），它的铀235浓度就为此而高达96%。燃料的浓度差别这么大，设计上的细节自然也就南辕北辙，无法通用。经过六十多年的发展，军用和民用的核反应堆已经成为分别的工程体系：原理虽然相同，部件却常常有完全不同的设计；就像视窗作业系统（Windows OS）和Windows Phone，两者都是微软的技术，但是后者必须能塞进小小的手机里，因而不能与电脑上的Windows通用。

中共从1960年代开始研制091级核动力潜艇，到2012年开始的095级研发计划已经要求其军用核反应堆设计超越俄国，完全赶上美国和法国的最新水准。在民用核能方面，美国在1979年的三哩岛事故之后，其核电站建设完全停滞；而中共在过去几年则大规模投资，引进了美日法俄四国的第三代和德国的第四代设计（即Pebble Bed Reactor；这是个很有趣的技术，我以后有空会详述），如同高鐡技术一様，在快速消化吸收之后，已经可以出口。所以在军用和民用核反应堆上，中共都已进入世界前列；那么这次新成立的中国国家能源海洋核动力平台技术研发中心，到底是要研究什么呢？其实它的研究对象，民用的核动力船只，是一个很小的市场，目前只有破冰船有应用，当然俄国在这方面最领先，俄国人还提出了用同様的技术来建造浮动核电站的可能性。中共的经济实力已经强大到可以面面俱到的地步，连这种小规模的工业都不愿放过。在技术上，民用船只的核反应堆的性质界于军用反应堆和民用的陆上核电站之间，空间大于潜艇而小于核电厰，燃料棒的更换周期长于两年而短于军用要求的15年，因而铀235浓度在20%左右。中共刚刚开发出世界第一个商业上实用的袖珍核反应堆ACP-100，目前正在福建莆田施工兴建其配套的电站，其发电功率为100兆瓦（MW），大小和一个集装箱类似，因此可能以此为基础，为改用中浓度燃料棒重新设计出民用船只的核反应堆。

ACP-100的模型。它採用一体化设计，整个反应堆非常紧凑，可以塞进一个标凖的集装箱里；不过燃料棒还是须要两年换一次，和军用的明显不同。