核潜艇探秘

核潜艇的核燃料是怎样被“点燃”的

大家都知道，两块石头相互碰撞可以迸出火星，火柴通过摩擦可以产生火焰，那么核燃料又是如何“燃烧”起来的呢？点燃核燃料的“火柴”是非常小的粒子–中子（n），正是这些肉眼看不见的许许多多的粒子， “激发”了原子核的巨大潜能。

核潜艇使用的核燃料铀-235（U-235），是从天然铀中提炼浓缩而来的。天然铀由3种同位素构成，但含量极为悬殊，它们是含量为99.28%的铀-238,0.71%的铀-235，以及微量的铀-234。 在这几种铀的同位素中，只有铀-235是自然界中易于裂变的唯一核素，所以只有它被普遍用来制作核潜艇的核燃料。

在60多年前，诺贝尔奖获得者、德国著名的放射化学家奥托·哈恩首次发现铀-235可以裂变。铀-235的原子核在吸收一个外来中子以后能分裂成几个其他元素（也称裂变碎片），同时又放出热量和2-3个中子，这就是核裂变能，也就是我们现在所说的核能，过去称原子能。但一个铀原子核产生的热量毕竟是微弱的，如果把裂变反应后产生的新中子利用来引起新的核裂变，裂变反应就可以连续不断地进行下去，同时不断产生热量，像链子一样持续不断，像滚雪球似的越滚越大，这种反应就叫做链式裂变反应（见图1）。链式裂变反应可以产生巨大的能量，如果无数的中子同时开始链式裂变反应，那就会产生更大的能量。原子弹爆炸和反应堆工作就是典型的原子核链式裂变反应过程。

铀原子核的链式裂变反应用反应式表示为：

上式中92铀235中的"92"是铀原子核中的质子数，"235"是铀原子核中的质子数与中子数之和（注：原子核是由质子和中子组成），称为质量数。在反应式的两边，质子数相加是相等的，质量数相加也是相等的，不过左边的铀原子核比较重（质量大），而右边的钡和氪的原子核比较轻（质量小）而已。

这样我们对上面的反应式理解为：当一个中子（n）轰击一个铀-235原子核后，分裂成2个质量不等的“碎片” ：钡-137和氪-97，同时产生2个中子（n）并释放出能量（E），能量主要体现为热能。

为了对铀-235裂变释放的能量有一个直观的认识，我们要记住下面的数字：

1公斤铀-235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量，它们相差270万倍。

用一个中子“轰击”铀原子核，链式裂变反应毕竟太慢，产生的热量毕竟太小，所以在潜艇核反应堆里，装有专门的“点火器”-----中子源，中子源能放出无数的中子同时点火，使核反应堆的启动和功率提升速度非常快捷。中子源一般由镭（ Ra）、钋（Po）、铍（ Be）、锑（Sb）等制作而成。

这里要说明的是，对于目前核潜艇上的压水型核反应堆，并不是所有的中子都能够引起核裂变，只有那些运动速度比较慢的中子才行。而中子源和核裂变产生的中子都是“快中子”，为了把它们的速度减慢下来，在核反应堆里充满了慢化剂-----水。“快中子”在水中运行时不断与水分子相撞，很快把速度减下来，直到变成符合要求的“慢中子”。

核燃料一经燃烧起来，如何减弱或熄灭呢？

前面已经讲过，链式核反应是靠中子维持的，失去了中子就无法“燃烧”，那么只要减少核反应堆里的中子数量，使链式反应无法维持就可以了。在核反应堆里有一些专门吸收中子的“魔棒”-----控制棒，它们是用含有金属铪（Hf）、铟（In）等材料做成的。要想让核燃料的“火势”减弱或加强，可通过调整控制棒在核反应堆里的高度来实现，插入得越深， “吃”掉的中子就越多，反之亦然；要想关闭核反应堆，只需把一定量的控制棒插入到核反应堆里即可。

核反应堆并不神秘

核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应的装置，核潜艇上装的核反应堆基本都是一个类型，叫做压水型核反应堆，简称压水堆。

压水堆的结构大同小异，主要由以下部分组成（见图2）。

核燃料组件------它是进行核裂变链式反应的核心部件，一般制作成二氧化铀（UO2），二氧化铀中只含有百分之几的铀-235浓度，而绝大部分是不直接参与核裂变的铀-238，二氧化铀被烧结成圆柱形的小块，装人不锈钢或错合金做成的金属管里，称为燃料棒或燃料元件；然后把若干燃料棒有序地装入金属筒里，组成燃料组件；最后把许多燃料组件垂直分布在核反应堆内。

压力容器-----核反应堆的外壳，用来盛装核燃料及堆内部件，用高强度的优质钢锻造而成，可承受几十兆帕（几百个大气压）的压力。在压力容器上有冷却剂的进出口。

压力容器顶盖------压力容器的顶部封盖，可用来安置和固定控制棒驱动机构。压力容器顶盖有半圆形的、平顶的。

封头螺栓-----用来联结、锁紧核反应堆压力容器的壳体和顶盖，使之成为一个完全密封的容器。

吊篮-----是一个大圆筒，因为它是倒挂在压力容器里的，又像个篮子可以把核反应堆内的绝大部分部件都装在里面，因此称吊篮。采用吊篮一方面是易于固定反应堆内的部件，另外可以一次性整篮子吊装核反应堆内的大部分部件，提高了在船上的装卸速度和减少了对人员的辐射时间。

控制棒驱动机构----它是核反应堆的操作系统和安全保护系统的执行机构，它严格按系统或操纵员的要求驱动控制棒在核反应堆内作上下移动，对核反应堆功率进行有效控制。在危急情况下，可利用加速器快速把控制棒插入核反应堆内，达到紧急停堆的目的。

控制棒-----具有很强的吸收中子的能力，由控制棒驱动机构带动，在核燃料组件之间上下活动，用来启动、关闭核反应堆，并可维持、调节核反应堆功率。控制棒一般用铅（Hf）、银（Ag）、铟（In）、镉（Cd）等金属制作。

控制棒导向筒-----限制控制棒只能作垂直移动。

上下支撑板-----用来固定燃料组件。

中子源------提供中子，用来启动核反应堆。平时中子源产生的中子都被控制棒“吃”掉了，如果要启堆或提升功率，可提高控制棒的高度使之离开核燃料，这样中子源产生的中子生存得足够多，大量的中子有机会轰击核燃料（铀-235原子核）并发生裂变核反应。由于是控制棒在控制中子源，所以往往认为开启核反应堆是控制棒的功劳。

图中空心箭头的指向是冷却剂的流程。核反应堆内充满了高温高压的纯净水，它一方面起到慢化中子的作用，充当慢化剂；另一方面流经堆芯冷却核燃料充当冷却剂。冷却剂由核反应堆入口进入，顺着压力壳四周的内壁下行，然后从吊篮下端上行流经核燃料对其进行冷却，最后从核反应堆出口流出。

由上可知，由于核反应堆内充满了高压的水作为核燃料的冷却剂，所以叫压水型核反应堆。

为什么核潜艇对压水型核反应堆“情有独钟”

从第一艘核潜艇建成至今，全世界总共建造过近500艘核潜艇，几乎全部采用的是清一色的压水型核反应堆，只有美国和苏联早期建造的几艘核潜艇尝试过以液态金属作为冷却剂的核反应堆，但装到潜艇上后，腐蚀问题和泄漏事故频频发生，难以解决，只好作罢。

压水型核反应堆是具有高压高温、以水作为中子慢化剂和核燃料冷却剂、可进行链式核反应的装置。各国核潜艇多选用压水堆，是因为人类对水的脾性太熟悉了，获取又容易。压水型核反应堆出现得早，使用得多，积累的经验丰富，是目前世界上最成熟的堆型。

与其他类型的核反应堆相比，潜艇选择压水型核反应堆有如下具体优点。

1.固有安全性好

花瓶容易被推倒打碎，而不倒翁最多摇晃几下便会恢复平稳。在核反应堆的设计中，人们总是千方百计地使核反应堆具有类似不倒翁的特性，即当外界破坏了核反应堆的平衡时，在一定范围内核反应堆能不靠人为的干预，自行回到原来的安全状态。比如，当核反应堆里的温度意外升高或降低，核反应堆可以自动调整温度回到原来水平。核反应堆的这种可自调自稳的特性是固有安全性的一种体现。核反应堆的固有安全性在压水型核反应堆上最容易实现。核潜艇是活动的舰只，灵活机动，反应堆功率变化频繁，但也容易使核反应堆的各种参数产生波动，所以固有安全性对于核潜艇来说显得尤为重要。1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站发生的有史以来的最大的核事故，引起了世人的关注。切尔诺贝利核电站采用的是以石墨作为中子慢化剂的核反应堆，固有安全性很差，是导致那场灾难的主要原因之一。

2.体积较小

潜艇本身容积有限，对艇内各种装备的尺寸要求苛刻，否则艇的体积太大影响航速，舱室拥挤会恶化工作、生活环境。压水型核反应堆采用慢化性能好的水做中子的慢化剂，所以需要的水量少，反应堆的体积小，结构紧凑，是潜艇的理想堆型；另外压水型核反应堆对辐射屏蔽重量要求最少，比较适合潜艇的使用需求。

3.操作灵活，便于维修

人们对水熟悉，就易于驾驭它，加之压水型核反应堆有自动消除
不安全趋向的功能，所以操作方法比较简便；另外水的放射性衰变较快，停堆后较短时间就可以对一回路系统设备进行维修接触，装置维护比较简易；再就是处理泄漏的废水也相对简单，缺水时补水也方便。

4.造价较低廉

压水型核反应堆是非常成熟的堆型，原理较简单，技术储备大，通用设备多，不需大量进行新的研制试验工作，有的型号已经定型批量生产，因此造价比较低。另外水的来源容易，价格便宜。

压水型核反应堆也有不足之处，最大的遗憾是装置的热效率较低，也就是说，装置的能量损失较大。核反应堆发出的核能（热功率），经过中途几次能量转换（如转换为热能、机械能、电能等），最后到达螺旋桨上的能量（即轴功率）只剩下不足20%。这就要求压水型核反应堆的热功率比较大，才能满足核潜艇推进的要求。另外压水型核反应堆内可达到几百个大气压，所以对反应堆压力容器的制造技术要求较高；对一回路系统中的其他设备也要求有很好的承压能力和密封性

核能是如何“推动”核潜艇的

核潜艇又叫核动力潜艇，即“以核能为推进动力的潜艇”。实际上，核能是不能直接驱动核潜艇的，须经过几次能量转换才能逐步实现。下面介绍核潜艇的两种常见推进方式以及能量转换简单过程。

1.“反应堆----蒸汽轮机”推进方式

首先由核反应堆中的核燃料进行核反应并产生极高的热量（热能）；然后把核反应堆内密闭循环的纯净水“煮开”，变成温度依然很高的饱和蒸汽，蒸汽通过特制的喷嘴后形成速度极快的蒸汽流（动能）；蒸汽流推动潜艇主汽轮机的叶片运转，汽轮机的运转经过减速后带动螺旋桨旋转（机械能）；螺旋桨运转时与海水的反作用力推动潜艇前进（动能）。能量转换全过程大致为：核能—热能—动能—机械能—动能（见图3）。

2.“反应堆—电机”推进方式

核能还可用来发电，为核潜艇的各种交直流电动机、仪器仪表、照明设备、电灶等用电设施提供电源。这个转换过程是：由核反应堆中的核燃料进行核反应并产生高温，然后把核反应堆内密闭循环的纯净水“煮开”变为蒸汽后，经喷嘴加速变为蒸汽流推动汽轮交流发电机运转，并产生交流电，交流电可以直接提供给全船交流用电设备，也能通过变流机组转换为直流电后再提供给直流用电设备，这里

就包括给直流推进电机供电，直流推动电机带动螺旋桨转动进而驱动潜艇。能量转换全过程大致为：核能—热能—动能—机械能—电能—动能（见图4)。

上述两种推进方式有的核潜艇都具备，有的只具备第二种。目前，只有法国全部采用单一的“反应堆一电机”推进。

我们以图3为例，进一步说明核能推动潜艇的简单原理。

核潜艇一般装有1-2个核反应堆，核能产生于核反应堆中的铀原子核裂变，当铀原子核连续裂变时（即“链式核反应” ），会产生巨大的热能。核反应堆的作用就好比是我们都很熟悉的锅炉，不过锅炉的水一般是用k火加热的，而核反应堆里的水是用核燃料“加热”的，所以过去也把核反堆俗称为“原子锅炉”

潜艇核动力装置是为核潜艇提供动力和电力的系统，由一回路和二回路组成，它们都是密闭的循环回路。

一回路由主冷却剂系统和各种辅助系统组成，主冷却剂系统包括核反应堆、主冷却剂泵、蒸汽发生器、稳压器等设备。一回路里的高温高压纯净水被核燃料加热后，由主冷却剂泵推动，经蒸汽发生器把热量传导给二回路的水，使之变为蒸汽（注意：一、二回路的水是不直接接触的），然后一回路里被冷却的水再次返回核反应堆里，继续把核燃料产生的热量带出来，并慢化中子参与链式核反应。所以一回路里的水被称为冷却剂和慢化剂。核燃料释放的热量多少，是由控制棒来调节的。

二回路里，前半部分流动的是被一回路加热后的蒸汽，后半部分流动的是被冷凝器冷却后的水。一、二回路的交会处是蒸汽发生器，二回路的水在蒸汽发生器里被加热后变成饱和蒸汽（图中“长虚线”部分），大部分用来驱动主汽轮机，经减速齿轮减速后带动螺旋桨旋转，提供潜艇的推进动力。潜艇速度的快慢取决于螺旋桨的转速，而螺旋浆的转速主要是靠调节二回路蒸汽量的大小来实现的；还有一小部分蒸汽用来驱动汽轮发电机，提供潜艇上的辅机工作和全艇生活用电。做完功的蒸汽被称为废汽（图中“点虚线”部分），废气被冷凝器中的海水冷却后，又通过给水泵打回到蒸汽发生器里继续加热，产生新的蒸汽。

在发生主动力故障等特殊情况时，可启用核潜艇的备用动力系统。备用动力不由核反应堆提供能源，也不启动主汽轮机组，而由柴油直流发电机（通气管状态航行时）或蓄电池（水下航行时）提供直流电源，并通过直流推进电机驱动螺旋桨。蓄电池的电能也可以用来在海上重新启动已关闭的反应堆。

这里有必要介绍一下核潜艇的尾部结构（见彩图1-5）。核潜艇的尾部结构形式对核潜艇的航行和停靠影响

之1前者1要期，早期核潜艇；有双螺旋桨和单螺旋桨之分，俄罗斯量裹菜用双轴双确螺旋桨推进和泵喷射推进之分，英国核潜艇用摹喷射携壮t早核

艇尾舵的形式也是五花八门，按时间顺序出现过“+”形尾、“T”形尾、“H”形尾、“木”形尾等，目前仍以“+”形尾最普遍。常规潜艇还有一种"X"形尾，核潜艇上未使用过。

核反应堆离不开的“助手”

前面已经讲过，核反应堆是核动力装置最为关键的部分，它好比核潜艇的心脏，核潜艇主要就是因为它而扬名天下的。然而，“一个好汉三个帮”，核反应堆如果要正常工作还必须配备十几个辅助系统作为“助手”，否则就会“英雄”无用武之地。核反应堆与这十几个“助手”共同组成了一回路系统。

核反应堆最主要的“助手”是主冷却剂系统，它直接与核反应堆连接，在冷却核反应堆的同时带出核反应堆发出的热能，并通过蒸汽发生器传给二回路。该系统是一条完全密闭的循环回路，主要设备还有推动冷却水流动的冷却剂泵和一些阀门。由于这个系统是一回路的大动脉，实在太重要了，所以无论多么简单的核动力装置原理图，这条主要回路是必定不会省略的。在谈到核动力装置时，一般都要单独突出它的地位，而不与其他辅助系统并论，所以称其为主系统或主回路。

其他辅助系统都是从主冷却剂系统引出的分支，不直接与核反应堆连结，是间接为核反应堆服务的系统，但也不可或缺，主要有如下系统。

净化系统-----该系统的功用是通过离子交换或过滤手段，连续除去主冷却剂系统中的杂质（包括可溶性和不可溶性的杂质），确保一回路的运行水质洁净。净化的目的一是减少水对设备管子的腐蚀；二是降低水中的放射性水平，因为水中有的金属杂质流经核反应堆时会被活化（即本身也具有了放射性），致使核反应堆舱的剂量水平增高。

水质监测取样系统-----该系统用于在核反应堆整个运行期间及时地取出反应堆主冷却剂系统的液体和气体样品，进行水质分析，以便通过分析结果，监测装置运行情况，指导运行操作。主要分析项目是固体不溶杂质、氯离子、酸度值、氧离子、裂变产物等在水中的含量。

化学物添加系统-----正常情况下，用于向主冷却剂系统中添加联氨、氢气、pH控制剂等，目的是除去和减少冷却剂中的氧，抑制含氧过高的水对设备、管子的腐蚀（通常在高温状态下除氧用氢气，在低温状态下特别是启堆过程除氧用联氨）；当核反应堆的控制棒因故全部或大部卡死时，通过该系统向核反应堆内注入中子吸收剂，实施紧急停堆。

补给水系统-----一回路里的水会因某种原因而减少，比如取样分析用水、检修泄漏、停堆过程因热胀冷缩原理使冷却水冷缩等。该系统的作用便是制造、储存和补充符合一同路用的高纯水。主要工作流程是：从船上的水箱取水—经冷却器冷却—在专门的过滤器里进行过滤净化----由高压泵注入一回路系统。

设备冷却水系统----在一回路中有一些设备工作时会发热，如特殊的电机绕组、机械轴承、传动机构、压缩机气缸等，为了防止其过热而烧坏，由该系统专门提供冷却淡水对上述部件进行不间断的冷却循环。该系统主要设备由设备冷却水泵、设备冷却水热交换器和辅助海水泵等构成。

压力安全系统----压水堆主冷却剂系统的压力会因出现某种故障或外来干扰而迅速变化。压力如果超过安全极限，将可能使一回路的部件或设备遭到破坏；压力如果太低，可能会使核反应堆内的水出现沸腾（这就好比在气压低的高原上烧水，水不到100℃就烧开了），由于沸腾的水含有大量不易传导热量的气泡敷在核燃料棒的表面上，影响核燃料的热量传出，严重时会烧毁核燃料棒。因此，必须对主冷却剂系统的压力进行有效的控制。压力安全系统主要的设备是稳压器，当压力偏高时它会自动喷放低温的水来降压，反之会启动电炉加热系统的水来增压，压力过高时会自动打开安全阀泄压。

余热排出系统----核反应堆可能会因事故或故障紧急停堆，如当主冷却剂系统的蒸汽发生器热交换管破损，就必须隔离一、二回路的热交换。这时核反应堆虽已停堆，但堆内的裂变碎片还要继续衰变很长时间，并产生可观的衰变热，必须通过余热排出系统及时带出这些剩余热量，以保证核反应堆和整个动力装置的安全；在正常停堆时也启动该系统，以加快核反应堆的冷却速度。危急冷却系统是一个单独的冷却水回路，该系统从主冷却剂系统引出一部分水，到一个海水冷却器里冷却后，再送回到主冷却剂系统。

安全注射系统----当一回路的设备或管路发生较大的破损，冷却水大量向系统外面泄漏时，为了保证核反应堆不被烧坏，强迫向核反应堆里注入大量低温水，以除去衰变热。该系统的主要设备是高压注射泵。

放射性废物处理系统----主要用途是收集、储存和排放来自一回路的放射性废水、废气和固体废物。废物的来源主要是一回路中多余的冷却水或事故泄漏水、设备去污冲洗及人员洗涤用水、过滤后的废树脂、被污染的工具和擦拭物等。该系统主要设备是废水储存箱，一般放在核反应堆舱的底部。

去污系统-----用于去除设备、阀门、管道和附件等与反应堆冷却水接触的表面上放射性沉积物。

什么是放射性

科学家们早在100多年前就发现有些物质的原子核能放出三种射线：阿尔法（a）射线、贝塔（B）射线和伽玛（y）射线，此类原子核就称为带有放射性。由于这些射线能与生物体发生电离作用产生离子对，因此称为电离辐射或简称辐射，它们是属于辐射防护的范畴（见图5）。为了更好地了解放射性的特性，下面分别作一介绍。

阿尔法（a）射线----又叫甲种射线，是由a粒子组成的粒子流，所以也叫粒子辐射。阿尔法（a）粒子实际上就是氦（ He）原子核，可用2He4或2a4表示。a粒子内有2个质子和2个中子，由于质子带正电，中子不带电，所以a粒子带正电， a射线是带正电的高速粒子流（约2万千米/秒），其性质主要表现在两方面，即电离本领较强，而穿透本领较差，一般一张纸或一层衣服就可以把它挡住，在空气中只能走2-12厘米即被吸收了。防护a射线的外照射是比较容易的，主要是内照射的危害较大，所以切忌让带有a射线的物质进入体内。

贝塔（B）射线----又叫乙种射线，是由B粒子组成的粒子流，所以也叫粒子辐射。每个B粒子就是速度更高（约20万千米/秒）的电子（e），可用-1B0或-1e0表示。B粒子的性质是，因其质量小、速度高，所以电离本领只是a粒子的1%；但穿透本领较a粒子强，一般要1-2厘米厚的金属板或5厘米厚的混凝土才可把它挡住，在空气中穿透约20米才被吸收。

伽玛（y）射线–又叫丙种射线，由不带电的光子组成，是波长极短的电磁波，所以称为电磁辐射。其最突出的特点是速度极高（约30万千米/秒），穿透能力极强，1.82厘米的水、6.3厘米的混凝土、7.7厘米的铝板才能挡住它的一半，可穿透空气达数百米。y射线主要对人体造成外照射损伤。类似的还有X射线。

中子（n）也是一种对人体有损伤的粒子，呈中性，它会与人体内的原子核作用后产生带电粒子，进而诱发电离作用，因此也属于电离辐射。比较轻的元素（如水、塑料的原子核）对中子能量的吸收作用最强。

上述射线的共同特点是：①有穿透物质的能力；②人的五官不能感知，但能使照相底片感光；3通过物质时a粒子和B粒子能直接产生电离作用，Y射线和中子能间接产生电离作用，射线主要通过电离作用对生物体产生影响。

实际上，在我们生存的大自然中充满了射线，如房子装饰石材可能散发氡气（其子体放出a射线），看病做X光（类似y射线）检查，以及吸烟、乘飞机都会接受一定的辐射剂量；就是平时也存在宇宙辐射，有些地区还存在地面辐射。不过，微弱的或暂短的（如透视）辐射是人类可以接受的范围，只有过量照射时才会有损健康。

放射性原子核会逐步衰减，衰减过程称为衰变。放射性原子核的放射性强度减弱一半所需要的时间，被称为该种原子核的半衰期。不同的放射性元素，半衰期相差很大，有的以秒来计，有的以亿年计。

核潜艇反应堆是一个放射性强度很大的放射源，它可产生上述各种射线和大量中子，所以必须高度重视放射性对核潜艇艇员的危害。

放射性对人体有何危害

人的一生都是生活在放射性环境中的，但未对人类造成不良的影响，这是因为只有过量的辐射照射才会对人体造成危害。如果照射剂量很大，电离辐射将会直接杀死人体细胞或使细胞失去繁殖功能，直至肌体组织功能丧失，这种在短时间内直接伤害人体细胞的辐射结果称之为“确定性效应”；有时照射剂量不很大，受照细胞当时未被杀死，但也可能改变了细胞内部组织，经过潜伏期后呈现恶变，主要表现为癌症，这种可使单个细胞逐渐癌变的远期辐射效果称之为“随机性效应”

射线对人体的照射方式有两种：一种是内照射，就是放射性物质通过吸入、食人和血液进入体内的照射；另一种是外照射，就是放射性物质在人体外部对人体产生的照射。内照射的危害性一般要大于外照射，因为放射性物质在体内存留的时间较长。

不同的射线照射结果是不同的。a射线的穿透能力很低，只有进入人体才能造成伤害；而B射线的大剂量照射可导致皮肤损伤；y射线或中子（n）流的穿透能力很强，一次大剂量全身照射可能引起急性辐射损伤或急性放射性病。

放射性对人体的影响程度用“剂量当量”度量，计量单位是“希” （Sv）或“毫希” （ mSv）。为了对放射性有一个感性认识，下面我们用一些数字来进一步说明。

中国对个人安全照射的剂量限制

中国为了保护放射性工作人员和公众的身体健康，在接受放射性的量上，规定了特别严格的限值，即从事放射性工作人员（含核潜艇艇员）一年全身均匀受到的辐射不能超过50毫希（但如果连续5年遭受辐射，则每年平均受到的辐射不能大于20毫希），核设施（核电站、核潜艇、核燃料厂、核反应堆、中子辐照站等）周围居民全身均匀辐射不能超过1毫希/年。

生活中的辐射有多大

在人类生活的环境中，存在来自食物、住房、宇宙射线、大地射线等天然本地辐射，表1列出了几种天然辐射和人工放射源辐射的数据。

大剂量辐射对身体的影响

既然国家规定的辐射标准和天然辐射水平都是安全的，那么，人体遭到多大的照射才会受损呢？下面就来具体说一说（见表2）。

从表2可以看出，在一定范围内，人体对放射性损伤有自然抵抗和恢复的能力。人体全身能够忍受一次250毫希的集中照射而不致遭到损伤，国家法定的对工作人员全身的辐射安全标准为每年50毫希，对公众为每年1毫希，远远低于250毫希的危险值。

人体受照射的剂量有时是不均匀的，有些组织和器官对辐射很敏感，如骨髓是人体的重要造血组织，骨髓的损伤成为急性放射病的主要临床表现；胎儿受到100毫希剂量可能导致畸形；性腺受照后主要表现为生育力受影响，人体睾丸一次受到150毫希照射后可暂时丧失生育能力，剂量达到3500-6000毫希以上时可能永久不育，卵巢一次受到2500-6000毫希就可能不育；眼晶体受到500-2000毫希可检出混浊，5000毫希可出现视力障碍；皮肤受到3000毫希的照射会出现红斑及脱毛；肺部受到5000毫希照射可得肺炎；甲状腺在1万毫希照射后功能减退、黏液水肿。

大剂量辐照后的医学处理

对急性放射病，应早期应用抗辐射药物，减轻损伤，改善造血，采用以抗感染、抗出血为主的综合治疗；对放射皮肤损伤，要及时进行清洗消毒，保护皮肤的损伤部位免受各种物理、化学刺激，消除炎症，及时包扎。经久不逾的溃伤，可切除坏死组织，实施缝合或植皮；对身体外部的污染，要立即用清水和专用药水去污清洗；对已进入体内的放射性物质，以漱口、洗胃、灌肠、服药等方法清除。

注：此文参考了国家核事故应急委员会办公室发行的《发展核电造福人民-----核电知识问答》宣传册子。

核潜艇中的放射性物质会“跑”出来伤害艇员吗

正常情况下不会，因为核辐射是可以防护的。核潜艇上有严格缜密的防护规定，有“森严壁垒”的屏蔽阻隔，有精确到位的监测报警系统。

辐射防护的一般原则

外照射防护方法：外照射防护有三种方法，即：时间防护、距离防护、屏蔽防护（本书称“短、远、掩”防护）。

短----缩短受照时间。肌体接受的射线照射剂量是和受照射的时间成正比的。因此，在保证完成任务的前提下，尽可能缩短人员的受照时间，这称为时间防护。如进行一回路系统抢修时，增加操作的熟练程度或采取定时轮换作业的方式，限制每人的操作时间。

远----增大与辐射源的距离。离辐射源越远，人体所受剂量越小。一般来说，对于y源，距离增加一倍，剂量率减少到原来的1/4。可见，距离增大，人员所受剂量明显减少，这称为距离防护。在实际工作中，可使用远距离操作工具，如长柄钳、机械手、远距离自动控制装置。

掩—在人与辐射源之间设置屏蔽掩体。有时由于工作条件所限，单靠缩短时间和增大距离不能满足安全防护要求。需要在人和辐射源之间设置防护屏障，将人体掩蔽起来，阻隔放射线直达人体，这种方法叫屏蔽防护。选择什么屏蔽材料主要取决于射线种类。

内照射防护方法：由于内照射是放射性物质进入体内或沉积体内产生的，所以控制内照射的基本原则是防止或减少放射性物质通过嘴、鼻和伤口进入体内。具体的防护措施一般有：戴口罩或专用面具；控制食物和水源不被污染；提前服用无害的稳定碘（目的是使人体甲状腺内的碘含量饱和，阻止有害的放射性碘-131再挤进来）；设法降低空气中的放射性浓度（通风）等。

核潜艇上防止外照射的屏蔽防护

前面已经讲过，一张纸可以挡住a射线，1-2厘米的铝板可以挡住B射线，只有y射线的穿透能力最强，但碰上密度很大的“重”物质（如厚金属板或混凝土）时，也会很快减弱。对于核潜艇的外照射来说，只要屏蔽住y射线，也就屏蔽住其他射线了。中子只有在密度比较小的“轻”物质（如水或聚乙烯）里才会很快减弱。所以，在核潜艇上，主要是对穿透能力极强的y射线和中子进行屏蔽防护。

核反应堆被一层一层的铅、钢板、水包裹着，称为“一次屏蔽”；核反应堆舱的前后墙壁、顶层和底层也是由多层厚厚的铅、钢和聚乙烯组成，称为“二次屏蔽”，在正常运行时这两道屏蔽可以保证艇员的绝对安全（见图6）。在核潜艇上，为了对付射线的伤害，筑起的防护屏障可谓“铜墙铁壁”。

核潜艇上的放射性监测系统

为了保证核潜艇舱室内的放射性含量在安全指标内，核潜艇都设有专门的放射性监测间（见彩图6），并配有齐全精密的剂量监测仪器，以便随时发现可能的辐射危害，及时采取紧急防范措施。主要的监测手段有：

y和中子辐射监测-—在舱内的关键部位分布设置固定的y和中子连续监测探头以及携带式的测量仪器，遇有险情可自动报警。

空气放射性监测—可通过测量B射线的多少，连续监测空气中的放射性含量，主要是放射性气体氮-16、氩-41、氪-87等和放射性微尘。

a、B射线表面沾污仪监测—用于检查人身、衣物、工具、设备、墙壁等表面的污染情况。

以上是对人员安全的剂量监测，另外还有对设备的工艺辐射监测，目的是监督核反应堆及一、二回路系统运行情况，通过辐射水平的变化，判断设备是否破损，是否存在核泄漏。工艺辐射监测主要有核燃料组件破损监测（监督一回路中有无核裂变产物进而判断核燃料是否破损）、二回路水质监测（通过测量水中的y射线判断蒸汽发生器是否破损）。

由此看来，核潜艇上防护严密，只要正确操作，严加监测，放射性是不会“跑”出来伤害艇员的。

核潜艇的“生命历程”

一艘核潜艇“从孕到死” ，即从开始建造到退役报废大约30年时间，核潜艇的一生要经过研制—生产----使用----修理----退役等过程，这个过程称为核潜艇的“全寿命”。

研制阶段

一种新型核潜艇在建造前必须根据作战要求反复论证研究，并精心设计；所有的艇上设备都要符合海上使用要求（即防冲击、防摇摆、防腐蚀、防霉菌，有些还要防辐照），并经过陆地试验后才能装到潜艇上，特别是核反应堆，要在陆上建造一个与其完全一样的模式堆充分进行试验；核潜艇及其装配的所有设备经过专家鉴定定型后，才可正式批量生产。一种新型核潜艇的首制艇很多都是试验艇，所以首制艇的建造周期一般都很长。在这个阶段所发生的经费叫研制经费。

生产阶段

生产阶段（见彩图7~11）也叫建造阶段，该阶段是核潜艇的孕育形成过程，母体是核潜艇建造厂。主要建造过程如下：

开工投料指投入适量的船体钢板并做必要的加工。标志核潜艇正式开工。

船体分段装配先把若干钢板用滚压机卷成弧形，然后把它们组装焊接成小段壳圈，称耐压船体分段。

船体主段装配把已经做好的船体分段进一步合拢焊接成较大的壳圈，称耐压船体主段。

船台总段装配在船台上把几个较大的主段全都装配焊接在一起，使核潜艇的外形骨架基本成型，也叫船体大合拢。

船体密封性与强度试验为了检验耐压船体的承压能力，检查船体密封情况，要进行船体的强度试验。有三种方法，第一种方法是向已经组装好的空船舱里注满水，然后用相当于水下几百米的水压进行加压考验其强度，并绝对不能漏水；第二种方法是把潜艇置于一个大水箱里，从外面加压，这种加压形势更接近实际情况，但比内部加压复杂；第三种方法是对大合拢前的船体主段分别进行强度试验。船体密封性与强度试验完成后，船体的装配工作就基本完成，意味着潜艇的建造工作完成了约50%。

设备安装耐压船体制作完后，开始安装船内外的屏蔽、设备、线路、绝缘等。

下水设备基本安装完后，潜艇就可以从船台上“坐着”运载小车被送下水。

码头试验也叫系泊试验，即在船坞或码头原地对船体、动力装置、电器设备、武器系统、特种装置、船舶系统等进行实艇试验。以检查安装质量，检验设备、系统的运转协调性、正确性和可靠性。

航行试验系泊试验通过后，在航行状态下进行实艇试验。目的是进一步考核核潜艇的性能及质量是否达到规定的要求，特别是考验水下工作性能，如潜浮性能、水下航速、深水试验等等。

完工交船建造结束，可以服役使用，意味着核潜艇正式“出生。

不同国家建造一艘核潜艇的时间长短（即建造周期）也有较大差异，美国和俄罗斯建造一艘核潜艇大约需要3年左右，英国需要4年左右，法国最长，需要7年左右。

建造一艘核潜艇的经费可以相差很大，从表3可以看出，一般弹

道导弹核潜艇要比鱼雷攻击型核潜艇昂贵，试验艇和首制艇要比批量生产的艇造价高，新一代核潜艇的造价高（如美国新一代攻击型核潜艇“弗吉尼亚”号的造价高达15亿美元，这与通货膨胀和新技术采用较多有关）。另外，核潜艇上装载的导弹、鱼雷等武器的价格不菲，一艘弹道导弹核潜艇满载的武器价格几乎与这艘核潜艇本身的造价相近。

使用阶段

指正式编入现役部队，可进行正常的训练或执行军事任务。此阶段是核潜艇的辉煌时期，能否充分发挥其效能，设计和建造质量是基本的前提，也有赖于服役后的正确操作和精心保养维护。

修理阶段

核潜艇与人一样，也会“生病” ，也需要定期“疗养"或进行“手术治疗”。核潜艇随时发生故障随时进行维修，称临时修理；除此之外，一艘核潜艇在“一生”中，必须有计划地定期进厂进行若干次集中修理，按修理的规模和范围可逐次分为坞修、小修、中修、大修，这种计划性维修要对船体和各种装备进行局部的、或较全面的、或全面的拆检修理，目的是使核潜艇保持或恢复其战术技术性能。一艘核潜艇“一生”中仅修理的时间累加起来令人吃惊，如果一艘核潜艇的寿命是30年，那么修理的时间可达10年以上。

退役阶段

指核潜艇“已老”，不能再继续完成使命，必须报废处理。由于核潜艇装有核反应堆，放射性强度很高，因此拆除核潜艇就变得非常复杂，对它们的“后事处理”已引起世人的关注（参见本书“核潜艇维修和退役”）。

枝潜艇下潜上浮的奥秘

潜艇（包括核潜艇和常规潜艇）为什么能在水中下潜、上浮，甚至悬停呢？这主要与重力和浮力有关。根据“浮性定律” （或阿基米德定律），任何物体在液体中都会受到浮力的作用，浮力的大小等于物体本身所排开液体的重量。当物体的重量大于浮力时它就会下沉；小于浮力时就会上浮；等于浮力时就会悬停在液体中，这两个力大小相等，但方向正好相反。

潜艇在水中时，这两种力也都会作用在潜艇上。如上所述，潜艇本身的重量叫做重力，潜艇入水部分所排开海水的重量叫做浮力，也叫做排水量（即排开海水的重量）。当潜艇漂浮在海面上时，它所排开水的重量叫水上排水量，即潜艇在海面上受到的浮力，它与潜艇本身的重量相等。

要使潜艇下潜只要使它的重量大于它的浮力就行了，那么怎样增加潜艇的重量呢？在潜艇上都设有主压载水舱，只要往空的主压载水舱里注水，潜艇就变重了，这时潜艇的重量就会大于它排开水的重量（即大于浮力），潜艇就逐渐下潜（见图7）。主压载水舱一般分为三组，即崩部主压载水舱、中部主压载水舱和腿部主压载水舱。

当潜艇的主压载水舱全部注满水并完全浸没在海水中时，整个潜艇排开水的重量叫水下排水量，即潜艇在水下受到的浮力，它与潜艇的重量相等。

当潜艇正常上浮时，用高压空气分步骤把主压载水舱里的水挤出去，使之充满了空气，使潜艇在水下的重量减轻了，当潜艇的重量小于它同体积的水的重量时（即小于浮力时），潜艇就会上浮，直至浮出水面。在紧急情况下，也可以从较大的深度下直接排水上浮。

另外，也可以采用操舵的方法将航行中的潜艇调整到距水面30米的安全深度（安全深度是为了防止与水面船只碰撞的限制深度），继续上浮到10-30米的深度时是危险深度，上浮到10米左右时属于潜望深度，潜望深度是潜艇能在水下将潜望镜或雷达天线升出水面进行观察的深度。到达潜望深度后就可以排水上浮了。

潜艇下潜和上浮的原理就跟鱼类差不多，鱼儿腹中有一种可充满气体的囊状镖，其作用类似于潜艇上的压载水舱，是鱼在水中沉浮的主要调节器官。当鱼要下沉时，挤出鱼镖中的气体（潜艇是向压载水舱里注水），使身体的重量加重；相反，鱼要上浮时，通过摄取水中的气体来充满鱼镖，使身体的重量减轻。

从以上原理也很容易理解，为什么有的核潜艇一旦发生舱室进水事故后，就有可能永远浮不上来。这是因为核潜艇在水下时，如果发生意外造成舱室大量进水，即使排出所有压载水舱里的水，潜艇的重量仍然大于浮力，不足以使潜艇浮上来，只有任其下沉到海底为止。

由此可见，潜艇下潜上浮属于典型的军事仿真学范畴，在核潜艇上仿真的例子还很多，如船体是模仿海豚的流线外形（即水滴形线型），使核潜艇在水下的阻力最小；船舵是模仿鱼类的鳍，核潜艇在前进状态时，垂直舵用来控制潜艇前进的方向，水平舵可以起到使潜艇上浮下潜的作用；声呐是模仿海豚发射的声波，用来捕捉目标；潜艇破冰上浮时也是模仿坚硬的鲸背，加固指挥台围壳顶端，取得了满意的“鲸背效应”等等。

这里顺便说一下，有人提出这样一个问题：潜艇是圆柱体，在水中为什么不会倾斜或沿中心轴滚动呢？这是因为，潜艇上的较大设备绝大多数布置在下层，使得潜艇的重心比较低；为了使重心更低一些，在潜艇的底部还堆放大量的压载铁，由于潜艇的浮心和重心不在一条垂线上，而构成一对力偶，该力偶具有扶正潜艇的能力，故称“扶正力矩”。这就像不倒翁一样，想让它倒都不可能。虽然潜艇不会翻转，但在风浪、潮涌或爆炸冲击波的作用下，以及艇内人员集体移动、货物装载不均衡等，也可能会使潜艇发生横倾、纵倾或摇摆。为了克服纵倾现象发生，在潜艇的前后部位分别设有一个纵倾平衡水柜，两水柜之间用水管连接，它的功用是通过水的导移来平衡潜艇的纵倾或使潜艇造成所需要的纵倾；为了克服海水温度、盐度和潜艇内消耗品的变化引起潜艇重力或浮力的改变，在潜艇的中间部位（一般靠近浮心）设有调整水柜，通过这些水柜的灌水或排水来保持潜艇的平衡；另外潜艇还可以通过舵来调整潜艇航行姿态，核潜艇的操控主要是在指挥舱的主操纵室进行（见彩图13）。

核潜艇在水下跑得快还是在水面跑得快

有人经常提出这样一个问题，为什么有的潜艇水下航速高于水面航速，而有的又恰恰相反呢？潜艇的水面最大航速和水下最大航速孰高執低，主要取决于潜艇的“型线形状（即形状阻力）" ，通俗说就是取决于潜艇的外形。

为了说清楚这个道理，我们先了解一下关于“潜艇阻力”的几个概念。

潜艇阻力是指潜艇在运动时，潜艇壳体外表面受到流体动力（水或空气）的作用力，这些力反应在潜艇上就是阻力。潜艇阻力可由兴波阻力、形状阻力、摩擦阻力、附属体阻力和空气阻力组成。这些阻力的大小与潜艇的外形结构有关，即外表越光顺、外形越趋于水滴形状（头圆尾尖），潜艇的水下阻力就越小，潜艇的航速就越容易提高。作用在运动潜艇上的几种阻力如下。

兴波阻力：潜艇在水面航行时才有兴波阻力。它是由于潜艇在水面航行时破坏了水的自由表面，必然会产生航行波浪，产生这种波浪的能量是潜艇供给的，相当于增加了潜艇的航行阻力，这就是兴波阻力。不同外形的潜艇，其兴波阻力也不同。

形状阻力：潜艇是一个曲面体，不同的形体与水之间产生的阻力也会不同。

摩擦阻力：当潜艇在水中运动时，由于水具有黏性的缘故，潜艇周围有一薄层水被带动随同运动，产生对潜艇的拉扯力，这个力就形成了摩擦阻力。摩擦阻力与艇体表面曲率（即潜艇的浸湿表面积）有关，就是说，在潜艇的长宽比一定时，相同横剖面积下圆的周长最短，所以采用横剖面越圆的潜艇，浸湿面越小，使绕流均匀对称，有利于防止局部流体分离，从而使摩擦阻力减小；另外，摩擦阻力的大小与海水密度、潜艇航速、潜艇的表面光顺程度成正比。如果潜艇表面有过多的开孔（如流水孔等），或表面比较粗糙（如油漆凹凸、焊缝不平、消声瓦脱落等），或有局部突出物（如栏杆、天线、救生浮标等），都会破坏潜艇表面的局部流线，使潜艇摩擦阻力增加。

附属体阻力：主要由崩腥舵、指挥台围壳、稳定翼、特种装置和超出主体线型之外的导流罩等附属体造成的阻力。附属体阻力通常是用模型试验的方法来确定的，即将带有和不带有附属体的模型在水池中试验，把测得的结果进行比较来确定。

空气阻力：潜艇在水面航行时，水线以上部分的艇体、上层建筑和指挥台围壳等会受到空气阻力，但它占总阻力的比例很小，可忽略不计。

大部分常规潜艇和早期核潜艇的水下最大航速往往小于水面最大航速，这是因为过去的潜艇（主要是常规动力潜艇）在水面航行的时候多，艇体的首部形状多做成类似于水面舰艇的尖削形状或扁楔形状，尾部也是扁的，与圆形的横剖面相差较大，我们在这里称其为常规型艇体；这种艇体可最大限度减小前进中的兴波阻力，最适合在水面航行；一旦到了水下，尽管没有了兴波阻力和空气阻力，但摩擦阻力、形状阻力剧增，并大大超过原来的水面各种阻力。所以同样在最大航速时，水下航速反而小于水面航速。如美国早期的“海神”号对控预警核潜艇（见彩图14），采用的就是典型的常规型艇体，首部显得较扁，水下最大航速仅为20节，而水面最大航速可达到27节。

那么，为何现代潜艇的水下航速远远高于水面航速呢？

现代潜艇（特别是核潜艇）在水下逗留的时间往往比水面长，战场基本在水下，所以必须提高水下航速。为了达到这一目的，现代潜艇的外形一般都做成水滴型，绝大部分核潜艇的形状都是水滴型（见彩图15），而其越来越多的常规动力潜艇也已经采用水滴型了。潜艇在水下没有兴波阻力和空气阻力，水滴形状流线型好（雨滴都是这种形状），在介质中的运行速度最快，摩擦阻力和形状阻力最小。目前，航速最快的的核潜艇可达40节以上。但它不适合水面航行，一旦到了水面，兴波阻力就占了上风（主导地位），所以水滴型潜艇在水面“开不起来

有的常规潜艇为了顾及水面航行性能，又要提高水下快速性，就把水滴型的尖尾和常规型的扁首结合起来，使航行特性介于这两者之间：即水面航行性能优于水滴型，水下航行性能优于常规型。这种线型的潜艇被称为过渡型潜艇。

为了提高现代水滴型潜艇水下航速，还采取了不少措施，如尽量把指挥台围壳做得又矮又圆滑，俗称“小卧车型”或“飞机舱盖型”；在艇体的外表面铺设一层消声瓦，既起到吸收声波的作用，又保持了表面光顺；把所有的开孔都加上盖子，使潜艇的线型保持连续；把凸起物尽量做成可收缩的，不用时缩进艇的外壳里或临时拆除等。

据悉有的国家为了进一步降低潜艇在水下的摩擦阻力，采用了一种聚合体喷到潜艇外表面，可使潜艇航速有望突破60节。
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注：此文主要参考了1985年国防工业出版社出版的《潜艇基础知识》第60-65页

核潜艇能倒开吗

核潜艇能像汽车一样倒车吗？这一问题引来不少军事迷的兴趣。有人想当然地说：“水里的鱼都不能倒着游，潜艇一定也不能倒开。”其实，人的智慧早已解决了这个问题，核潜艇倒着航行是其基本的功能之一。

这种操纵核潜艇后退的运动被称为“倒车” ，目前有三种方式可以让核潜艇倒车。

一是利用核动力倒车。核潜艇上主汽轮机的旋转来自核反应堆提供的核能，是具有倒车功能的，只要让高速的蒸汽流从反方向吹动汽轮机的叶片使之反转既可。但由于倒车对汽轮机组有一定的磨损（如对减速齿轮、轴承等机械），所以对倒车的时间都加以限制，特别是对全速倒车更是严格控制。另外，主机倒车的效率较低，倒车速度也不会达到正车时的航速。

二是利用直流推进电机倒车。直流推进电机的运转是由交流发电机发电并经交直流变换后实现，也可由柴油直流发电机或蓄电池直接提供。当需要倒车时，可通过“可逆开关”（即正倒车转换开关）实现，其原理是改变直流电机的磁场电流方向。核潜艇都把直流电源作为备用动力源，而对于常规潜艇来说柴油直流发电机和蓄电池则是主动力源。

三是利用辅助推进装置倒车。有的核潜艇在船体的下方安装了可以伸出体外的辅助推进装置，这种装置一般在靠艇体的后部位置。装置的组成比较简单，只在一个可垂直伸收杆的头部安装一个能够在水平方向360度使用的小螺旋桨即可。核潜艇在离靠码头过程中可以用它调整潜艇的方向，但只能进行“微调”。使用泵喷射推进的核潜艇在倒车时，一般都采用辅助推进装置，因为让泵喷射推进装置的侧斜叶片反转时效率太低。

这里需要说明的是，由于核潜艇体积庞大，慢速航行时方向舵的效率很低，用方向舵调整核潜艇的方向比较困难，而且倒车对机械可能造成损害，所以各国核潜艇在离靠码头时，一般都不用自身动力航行，当然更加谨慎使用倒车，而是用拖船在潜艇的两舷拖带离靠（见彩图16），待出港后到达较宽水域才转为自航。在水下，核潜艇遇到危及安全的情况时，可能会使用倒车措施，如：在航行前方遇到障碍物（暗礁、雷网等危险物），不能采用改变航向、深度等方法实施规避机动；产生危险的首纵倾；在大舵角下潜时出现卡舵等。潜艇水下倒车时，航速降低，舵效变差，潜艇升力减少，保持定深操纵困难，易产生危险纵倾，必须十分谨慎。

核潜艇为何有“单壳”和“双壳”之分

核潜艇的艇体结构形式多种多样，但总的讲有三种：只有一层壳体的，称为单壳体核潜艇；有两层壳体的，称为双壳体核潜艇；介于两者之间的，称为单双混合壳体核潜艇（见图8）。

这三种结构形式中都少不了耐压艇体，这也是潜艇有别于水面舰船的最大特点之一。耐压艇体在水下是完全密闭的，能承受海水的压力。在海洋中，大约水深每增加10米，水的压力就增加一个大气压，也就是大约每平方厘米增加1千克的压力。如果潜艇下潜到300米，每平方厘米的耐压壳上就要承受约30千克的压力，那么，一艘庞大的核潜艇耐压壳体表面所受到的海水压力的总和就是巨大无比的，可达到几十万吨呢！所以必须规定潜艇的下潜极限深度，否则潜艇就会被海水压破。为了提高耐压艇体的抗压程度，耐压艇体都尽量选用强度高的金属材料，外形都做成承压好的圆筒形状，在耐压壳体上还布满了加强肋骨。

单壳体核潜艇的壳体是一个类似圆柱形的大简子，在水下要承受海水的压力，这种能承压的壳体就是耐压壳体，它是潜艇在水下安全的最基本保障。其实，单壳体核潜艇在耐压壳体外的舶腿端还各有一段流线形的非耐压艇体，内部分别设有崩昵主压载水舱，用来调整潜艇的平衡和用于紧急上浮。可见，所谓的单壳体核潜艇，并不是完全的单壳体。单壳体的优点是结构简单，在具有同等排水量的前提下，具有较大的艇内空间，可以增加潜艇的有效装载。但是单壳体加工工艺要求苛刻；在北冰洋海域活动时，容易受到浮冰的冲击，造成艇体表面的损伤；一旦耐压壳体破损进水，脂腿端的主压载水舱过小，就无法提供足够的浮力使潜艇安全上浮。那为什么美国、英国和法国多采用单壳体结构呢？美国认为，尽管单壳体核潜艇不经碰撞，但现代核潜艇绝大部分时间都在水下活动，与水面船只和浮冰相撞的机会越来越少；而且无论什么样的潜艇，一旦遭到现代反潜武器的袭击而引起破损，几乎都不可能进行潜艇救生。单壳体核潜艇的典型代表是美国的“洛杉矶”级核潜艇，该级潜艇在紧急上浮时，排除舶部压载水舱的水，靠浮力和动力惯性冲出水面，仰角可达到60度以上，甚为壮观（见彩图17）。

双壳体核潜艇的内壳是耐压壳体，而外壳包在内壳外面，是不承受海水压力的非耐压壳体。双壳体核潜艇的外壳加工成型相对容易，可以做得更加光顺；外壳与内壳之间的舷间可对各种碰撞和外来武器的攻击起到缓冲保护作用；双壳体核潜艇在水下可提供较大的浮力（即储备浮力较大），有良好的生命力；双壳体核潜艇的再一个优点是由于外壳与耐压壳之间距离最大可达3米，这就为安装各种设备留下了充足的空间。但是双壳体结构核潜艇一般比单壳体潜艇大，不但对航速有影响，而且声呐反射面大，被敌方主动声呐发现的机会也相对较大。俄罗斯海军从苏联时期就青睐较大的储备浮力，坚持“一舱进水全艇不沉”的标准，他们认为安全性是压倒一切的因素，因此他们的核潜艇几乎全部采用双壳体结构。

单双混合壳体核潜艇中和了单壳体和双壳体的优缺点。在这种潜艇上的部分区域采用双壳体，而其他部分采用单壳体，崩罷端仍然保留主压载水舱，其余的主压载水舱布置在双壳体的舷间。美国早期的核潜艇大多属于单双混合壳体核潜艇。

注：此文主要参考了1985年国防工业出版社出版的《潜艇基础知识》第6页。

胜过钢铁的“钛金核潜艇”

一般人都知道，核潜艇是由坚硬无比的钢铁建造的，但可能不知道，有一种“比铁还硬，比钢还强”的材料早已于30多年以前就悄然代替钢铁而粉墨登场了，这就是号称崛起的第三金属-钛（前两位分别为铁和铝）。钛在地壳中的藏量极为丰富，在金属中仅次于铝、铁、钙、钠、钾、镁，占第七位，它具有比重小、强度高、耐高温、抗腐蚀性强、无磁性等优点。迄今为止，钛已在航空、航天、核能、舰船等领域获得广泛的应用，俄罗斯的“阿尔法”级、“塞拉”级、“麦克”级、“鲨鱼”级（见彩图18）、“台风”级和深潜研究型核潜艇都已经大量使用了钛合金。

钛合金的强度高于钢铁，重量却只有同体积钢铁的一半，特别是具有承受大深度海水压力的本领。“钛金核潜艇”的耐压外壳由于采用了钛合金，最大下潜深度可达到1000米左右，是钢铁核潜艇的2-3倍，其隐蔽性能大大提高，若在深海与其他核潜艇捉起迷藏来，会令对手怯而止步。由于钛金核潜艇的重量轻，也有利于在推进功率不变的情况下，进一步提高潜艇的水下航速。

钛合金的抗腐蚀性能极好，在常温下很稳定，是名副其实的“不锈”。有人曾把1毫米厚的钛片沉到海底，5年后取出还是亮闪闪的，毫无锈迹；而同厚度的铝、铜和号称“不锈”的不锈钢，在海水中分别于8个月、1年和4年即被腐蚀殆尽。不锈钢都如此，就别提一般的钢铁了。潜艇的外壳长期泡在海水里，有些极易腐蚀而又不易保护的设备和管路（如海水冷凝器、鱼雷发射水缸、阀门等）也要接触海水，因此，潜艇的艇体、设备和管路因腐蚀造成的破损事故时有发生。为了减小海水的腐蚀，用钢铁建造的核潜艇在服役期必须定期给艇体表面除锈和涂抹防锈漆，接触海水的设备也要使用化学药剂防腐。而对于钛金核潜艇，就不存在上述麻烦，连续使用时间可提高10倍以上，大大延长了核潜艇的使用寿命，减少了因维修保养占去的时间。

钛合金既不怕冷也不怕热，在1668℃的高温时才会熔化，比“不怕火”的黄金熔点还高出600℃左右，安全使用温度约在零下200℃至零上500℃范围。所以核潜艇在服役期间根本不用顾及温度对钛合金制品的影响。

钛合金的无磁性也是其优于钢铁的一个主要方面。钢铁在使用后会带有磁性，这就给敌对方磁探测提供了目标，所以必须定期对核潜艇进行整体消磁；而钛金核潜艇无磁，在磁探仪面前绝对隐身，减少了一种暴露的可能。

当然，钛合金也不是尽善尽美的，它的致命弱点是在高温下容易氧化，形成二氧化钛、氮化钛渣子，影响钛合金的质量。为此，在进行钛合金热处理工艺时，必须在真空下操作，进行钛合金的焊接时须用氩气保护（氩弧焊）；另外钛的原材料加工成本较高，其成品价格比钢铁昂贵得多，是不锈钢的5-10倍。钛金核潜艇的钛用量很大，俄罗斯一艘核潜艇需要的钛合金高达上干吨。可见，没有丰厚的钛储量或雄厚的经济技术实力，一般国家是不敢问津的，这就是钛金核潜艇难以普及的原因。

中国是钛资源大国，在已探明的钛储量中我国居世界首位，这就为我国钛材料的应用预留了可观的前景。

不容忽视的核潜艇噪声

核潜艇发出的噪声大小是衡量其性能优劣的重要指标，它关系到核潜艇的隐蔽性、声呐的作用距离、水中兵器的攻击能力和人员的作战能力。因此，目前各国都把它作为核潜艇性能指标中的重中之重，千方百计地降低，再降低。

核潜艇的噪声有三个来源，一是由核潜艇内各种机械设备的运转，引起空气和船壳的振动而产生的噪声；二是螺旋桨旋转时振动、拍击水流而产生的噪声；三是当潜艇运动时，船体冲击水流引起的湍流而产生的水动力噪声。可见，噪声是通过空气、结构或水传播的。、

从噪声对核潜艇的危害角度来说，核潜艇噪声的种类可以分为三种（见图9）。

舱室空气噪声

指潜艇中的声源辐射到舱室空气中的噪声。它是一种可对本艇人员产生危害的噪声。在核潜艇上，隆鸣的机械运转声在舱室内通过空气的振动传播回旋，几乎不绝于耳。这种噪声主要来自机械运转和通风设备，特别明显的是排风机、柴油机、变流机组、齿轮箱及一些大型的泵等。从医学上讲，人所能承受的噪声约为80分贝。所以我国制定的《城市区域环境噪声标准》 （GB3096-93 ）中，城市居民区的噪声允许标准较低（1级），为昼间不大于55分贝、夜间不大于45分贝；最繁华的交通干线道路两侧区域的噪声允许标准定得最高（4级），为昼间不大于70分贝、夜间不大于55分贝。一个人如果经常生活在80分贝以上的环境中，生理和心理上就有可能出现不适，如诱发心肌梗塞和高血压、听力下降、头疼、烦躁不安、思维能力下降、易疲劳、精力分散、失眠等。在核潜艇上，有的局部地方其噪声可高出100分贝以上。如果使用空调，则几乎所有的舱室（含居住舱）的噪声水平都有可能达到城市噪声标准的上限（70分贝），这对艇内人员的危害就可想而知了。舱室空气噪声严重影响艇员的耐久力，进而降低艇员的操作水平，削弱艇员的战斗力。舱室空气噪声还会干扰舱室内部通讯，以至在有的设备旁边几乎不能进行语言交流。

要彻底消除舱室噪声是不可能的，只有想方设法地降低，达到对人员危害最小的程度。目前在降低舱室噪声上采取了一系列的综合治理：监督管理方面，各国都制定了核潜艇舱室噪声指标，以法规的形式严格进行控制；技术措施方面，主要是提高机器零部件的加工精度、减少运转部件增加滑动部件、设备采取减振消声措施、舱壁和设施表面采取隔音措施或使用多孔性吸声材料等；个人防护方面，使用防噪声耳塞（戴上耳塞可降低噪声20-30分贝）、耳罩、防噪帽等，当噪声达到90分贝以上时，限制值班或检修人员在高噪声区的停留时间，噪声越高停留时间应越短。

自噪声

主要指对本艇水声观通器材的工作产生干扰的噪声。它是由潜艇自身的动力装置、设备和船体运动等所引起的水噪声。当核潜艇高速航行时，噪声将大大降低本艇声呐站的作用距离。试验表明，舰艇的航速增加一倍，其声呐站的作用距离就会减少一半左右。这样一来，核潜艇在高速时等于成了聋子，不但搜索不到目标，不能规避鱼雷攻击，反而容易被对方抢先发现，其后果不堪设想。西方国家通过研究，已做出这样的结论：机械噪声在低频方面和低航速时会对潜艇水声接受装置产生一定的干扰，螺旋桨噪声和水动力噪声则在高速时对潜艇水声接收装置产生严重干扰。所以，必须了解本艇噪声干扰特性，确定水声接收器在艇体上的最佳位置。总的来说，自噪声的高低，是随着核潜艇航速的增加而加大；从艇的部位来说，艇的首部自噪声最低，越向尾部越高，尾部最高（因为有螺旋桨），但在指挥台團売后部，自噪声突然有个峰值（可能是甲板上凸起的指挥台后部有湍流所致）。所以水声接收装置大都在核潜艇的首部和两侧，尽量远离艇尾和指挥台后部。

因此，为了提高自身水声器材的作战效果，削弱敌方自导武器的作用，应不断降低本艇自噪声，比如将核潜艇外型（特别是指挥台）做得尽量圆顺并减少凸起物和无盖孔穴（目的是减少紊流诱发的水动力噪声）、采用低噪声的螺旋浆或噪声很低的泵喷射式推进器等；为了彻底摆脱本艇噪声的影响，各国潜艇都装备了拖曳式声呐，即用可收放的钢索把本艇水声接收探测装置施放到离艇数十米或数百米处。

辐射噪声

指辐射到水中的噪声。它是一种对核潜艇本身的隐蔽性构成严重威胁的噪声。早期建造的核潜艇，辐射噪声水平较高，·般都达到150分贝左右，有的高达170分贝，很容易被探测到。辐射噪声主要来源于两方面：一是机械的振动、摩擦，各种设备的振动和运转噪声通过基座及其他构件传给船体并辐射到水中；二是核潜艇推进器发出的噪声通过水迅速传播开。一般认为，对核潜艇辐射噪声“贡献”最大的设备是螺旋桨、主机的减速齿轮箱和反应堆的主循环水泵。有人概算表明，潜艇的辐射噪声每减少10分贝，被对方发现的距离就可能缩短一半。水下潜艇噪声还是导致敌水中兵器跟踪、起爆的信号源。各种声自导武器（如自导鱼雷、声水雷等）主要是感应舰艇发出的噪声，被攻击的核潜艇噪声越大，敌方的声自导作用距离越远，命中率越高。

显然，潜艇噪声的大小是直接关系到潜艇的生死存亡、作战成败的大问题。噪声越小，则隐蔽性就越好，就能优先发现对方，获得先发制人的作战主动权；相反，在海战中就将可能处于被动挨打的地位。

降低辐射噪声可缩小敌方水中兵器的作战半径，降低其命中率，提高本艇的生存能力，所以降低辐射噪声的意义极为重要。目前的主要措施有：装艇设备采用减振机座或减振浮筏、采用低噪声的螺旋桨（如七叶大侧斜低噪声螺旋桨，通过增大螺旋桨的直径、降低转速、增大盘面比以及增大潜艇的航行深度等措施，可以有效地减小空泡噪声）、研制使用噪声更小的泵喷射式推进装置和磁流体推进装置提高核动力装置的自然循环能力（目的是取消主循环水泵的噪声）使用电力推进（为了消除蒸汽推进方式中的减速齿轮这一主要噪声源）、把潜艇的线型做得更光顺（包括把指挥台围壳做得更矮小流线）等等。经过种种降噪措施后，现今最先进的核潜艇，其辐射噪声水平不到100分贝，几乎接近海洋本底噪声，成为了真正的“安静”型核潜艇。

核潜艇的水下“耳目”-----声呐

核潜艇在水面航行时，指挥员可在指挥台围壳里直接用眼睛或望远镜观察周围的情况。当核潜艇在潜望深度航行时，潜艇离水面有10米左右的距离，这时可以伸出潜望镜来观察；也可伸出雷达天线发射和接收电磁波，并将水面、空中的情况显示到荧光屏上。

但是，为了达到隐蔽的目的，核潜艇大部分时间是在深水活动的，当潜艇处在超过潜望镜和雷达的升降桅杆高度时，它们就失去了观察能力，因为它们不具备水中观察的本领，只有伸出水面才能使用。在水中“探路”和寻找目标的任务只能由核潜艇的另一"耳目”-----声呐来承担。声呐是英文Sound navigation and ranging的缩略语SONAR的译音，意为“声音导航与测距” ，后来变成水下声波导航与定位设备的简称。现在，几乎所有水下声学仪器和设备都统称为声呐。声呐原理是利用声波在水中的传播，来探测水面和水下的目标。声音在空气中的传播速度为340米/秒，而在水中高达1435米/秒。最早发现声音可以在水中传播的人竟然是大名鼎鼎的画家列奥纳多·达·芬奇。

在水中，声呐可以在不同的深度使用，对于水下的核潜艇来说，声呐是绝对不可缺少的，没有声呐，核潜艇就如同聋子瞎子，寸步难行。

核潜艇上有专门的声呐室（见彩图19）一般都装备有10几部不同用途的声呐（见彩图20），典型的潜艇声呐系统由被动警戒声呐、主动攻击声呐、识别声呐、被动测距声呐、通讯声呐、侦察声呐、探雷声呐、本艇自噪声监测仪、声速测量仪、声速轨迹仪和声呐显控台等构成，其中前三种声呐也有合并为一部综合声呐的。潜艇各声呐之间可进行数据传递，共同配合完成一项任务。

按工作方式分，潜艇声呐可分为主动式声呐和被动式声呐。主动式声呐发射声波后，声波遇到目标就会反射回来，接收器接收到这种回波后，就可以计算出目标的方位和距离了，但主动式声呐的声波容易被敌方捕获而暴露目标，一般情况下慎重使用，只有在必要时才使用主动工作方式对水中目标定位，为鱼雷武器系统的射击指挥仪提供目标坐标的精确数据；核潜艇在水下要保持无声监听的“静音”状态，绝大多数情况下只能使用被动式声呐，被动式声呐不主动发射声波，靠直接接收敌舰船螺旋桨转动噪声或其他机械工作发出的噪声发现敌人，所以隐蔽性好。

主动式声呐的探测距离一般为10-25海里，利用深海声道可到30海里左右。主动声呐的种类较多，回声定位仪就是一种主动式声呐，通过发射声波精确测定本艇到敌舰船目标的距离，及时向武备指挥系统提供目标距离参数。回声定位仪只在核潜艇已经“咬”住了目标的情况下偶尔使用，在特殊情况下也可用来探测航道上的障碍物或探查敌防潜设施；测冰测深声呐也是主动式声呐，它可利用声波探测潜艇距离海底或冰面（和冰山）的距离，并可测出冰层的厚度；还有一种水下通信声呐，它能向水中发射长短不一的声波信号，组成电报的密码，或将语言和声波相互转换来通话，它的任务是保证潜艇的集群活动或配合其他兵力通讯联络需要；敌我识别声呐是在水下偶然发现水面或水下潜艇时，用对口令的方式判断敌我，这种声呐发出一个特殊的信号（口令）询问对方，对方若是自己的潜艇，就回答一个信号，若不是就收不到信号，即使收到也不能正确回话；另外还有专门探测小目标的主动式声呐，如高分辨能力的探雷声呐等。

被动式声呐的探测距离与主动式声呐相当，但深海声道探测距离可达60海里。被动式声呐的品种也不少，噪声测向仪是核潜艇上的主要被动式声呐设备。它的任务是搜索与跟踪本艇周围的噪声目标（主要是接收其他舰船发出的噪声），并测出目标方位，在对目标攻击前将目标方位数据送至武器装备指挥系统；水声侦察站用来收听敌主动声呐信号，根据测得的信号方位与特点（如工作频率等）粗略判别目标类型。

按声呐基阵安装的位置分，潜艇声呐还可分为舰壳声呐和拖曳式线列阵声呐。顾名思义，舰壳声呐是指直接安装在潜艇上的声纳装置；拖曳式线列阵声呐是将声呐基阵拖曳在潜艇尾后工作的声呐。拖曳式线列阵声呐的换能器，以线列方式等间隔安装在拖曳电缆上，阵长数百米，拖缆千余米，潜艇用拖缆拖曳，用于被动远程警戒，基阵可通过控制拖缆长度调整。由于基阵远离潜艇，受本艇噪声干扰小，声呐作用距离可达100海里左右，工作深度可达到数百米至千米。

潜艇只有仰赖各种声呐，才能确保自身安全和顺利完成任务。但海洋的海况和战情极其复杂，声呐面临的是数百个噪声信号，所以要准确分辨有用信号和删除干扰信号也不是那么容易的事；海水深处不但有潜艇，还同时存在水雷、礁石、沉船、鲸鱼、鱼群、冰山等多种目标，要判断准确不但要靠性能精良的声呐设备，还必须要有技术熟练的操作人员，靠人的耳朵和经验精确辨别，声呐操纵员就是根据不同物体发出信息的微小差别来分析其特点。现代科学技术的发展可以把声音的极微小的差别像分辨指纹一样辨别出来，有的国家用电脑帮助人脑，给海洋中的不同声音建立“声纹资料库”，每一种声音记录都是事先秘密收集储存好的。比如核潜艇要搜寻敌方潜艇，必须从海洋各类声音中把对方潜艇筛捡出来。嘈杂的声音里头有鲸鱼发出的喷水声和打嗝声；有鲨鱼滑过海水轻弹尾鳍的声音；甚至有大虾交配劈啪咬食的声音；还有海床的声音以及商船行驶的声音等。只有排除干扰声才能准确辨识目标，即使确定是潜艇了，也可以进一步精确到是核潜艇还是常规潜艇，是哪个国家的潜艇，是什么级别或型号的潜艇等，之所以会精确到如此地步，都是根据目标的声音特质决定的。

为了消除敌方的主动声呐信号、减少被发现的几率，现代核潜艇的表面一般都要敷上消声覆盖层，如用特种橡胶制作的消声瓦（见彩图21）或涂敷特殊材料配制的消声涂层。