美国航母和核潜艇的动力，用武器级浓缩铀代表了超先进？

现在网络上一提起美国的福特级航母和弗吉尼亚核潜艇，几乎必然会有人谈到他们的核动力堆芯的燃料板，都采用的是武器级别的浓缩铀，40年只需要换一次燃料，甚至全寿命都不用换核燃料，因此代表了世界领先的超先进核动力技术。

瀚海狼山认为，实际上这种说法似是而非，并没有说到关键点上。核动力船舶，包括核动力航母、核潜艇和其他核动力破冰船等，他们的动力包，其实都是核堆芯产出高压蒸汽做功的模式，因此和陆地上的民用核电站在技术上没有本质的区别；只是船舶核动力为了上舰，在有限的空间内实现高功率密度，舰船核动力的堆型的体积和重量，比百万吨级的陆地核反应堆缩小了一个数量级而已。

陆地民用轻水堆一般用燃料棒群，而舰船的堆芯由于体积大大缩小，就换成了铀燃料板。至于舰船上当燃料用的铀原料的浓度问题，一般专业说法是核燃料的丰度。

首先我们要明白一点，所谓美国核动力船舶上用的武器级高浓缩铀，一般丰度高达90%以上。也就是这些铀，其中90%以上是可直接反应的铀235，剩下的10%左右是不参与反应的铀238，也就是被经常提到的贫铀。

那么如此高丰度的动力用铀，是否是专门为航母和核潜艇提炼的呢？一般不是。因为要达到如此高丰度，需要耗费巨大的财力和电力，当动力用铀完全没必要。这些武器级铀，其实大多数就是从美国大量拆掉的过期核弹中拿出来另做用途的铀金属块。甚至俄罗斯也拆掉了大批的核弹，也有大量的武器级浓缩铀，但是俄罗斯不会把这种铀块直接出口，而是稀释后再出口，甚至大部分被美国人采购了去。

另一个问题必须说明。这就是核动力舰船上用的所谓的武器级铀，并不是和核武器装药一样是一整块的高丰度金属铀块放在一起用，这样太危险了；而是被稀释打散，制成像饼干一样的一片片的燃料板，最后才放入堆芯中。

稀释后的高丰度铀，与其他金属渗透成合金，比如铝锆等，做成片状，外面还要用锆合金包裹。无论从体积还是重量上计算，渗透入合金片中的武器级铀，占比都不大。像福特级航母的一个堆芯，渗透进去全部武器级铀的总重量也就200来公斤，而一艘弗吉尼亚级核潜艇的单个堆芯，渗透进去的武器级铀的总量不过100来公斤。要知道纯铀235的比重和黄金近似，200来公斤的纯铀的总体积不过一个脸盆就能全部装下。而整个堆芯的体积可能有20多个立方米，重量有上百吨。可见这些武器级铀已经被严重打散，这也是为了安全的需要。

这类最大重量只有200公斤的有效铀235的装载量，用90%丰度，和用只有其一半的45%的丰度，其实带来的体积变化微乎其微。无非是从占堆芯1脸盆的体积，变为占2脸盆的体积。对于航母和核潜艇的堆芯和整个反应堆来说，几乎没有差别。俄罗斯核潜艇上基本都用40%上下的丰度。

那么，在燃料反应性和功能性上，90%和45%有差别么？肯定有，但差别不大。常规的反应性控制手段就能解决。高丰度的核燃料产生的乏燃料会相对“干净”些，但对卸载处理这类乏燃料，并不会因为这点差距就区别对待，其危险性是一样的。

总的来说，各大国的航母和核潜艇，使用什么丰度的核燃料，对推进堆性能和换料周期上不存在实质性的影响，更多还是各自的使用习惯。真正影响换料周期的，是平台的使用强度、堆内材料和配套设备的寿命，说到底还是材料科技水平的老问题，和用什么丰度的铀直接关系不大。

美国海军下一代的先进推进堆，铀燃料丰度也不过40%左右，和其他核大国基本看齐了！