[科普中國]-如果核潛艇在水下發(fā)生碰撞事故，會不會導(dǎo)致核泄漏？

近日，美國海軍一艘海狼級核潛艇二號艇“康涅狄格號”發(fā)生了水下碰撞事故，引發(fā)了大家對核潛艇的安全措施的擔(dān)憂——如果核潛艇在水下發(fā)生碰撞事故，會不會導(dǎo)致核泄漏？

核動力裝置能夠獲得超強(qiáng)的續(xù)航力，例如海狼級使用的S6W型反應(yīng)堆，20多年才需要更換一次核燃料，因此深受青睞。

但危險也顯而易見，如果發(fā)生碰撞、沉沒等事故，可對周圍環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。

目前，關(guān)于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么情況，發(fā)生碰撞后導(dǎo)致核泄漏的可能性。

海狼級二號艇“康涅狄格號”核潛艇（圖片來源：維基百科）

使用核動力的船舶艦艇，其實就是一座座海上核反應(yīng)堆

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

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

由于核潛艇長時間在海洋上運(yùn)行，所到之處經(jīng)緯度跨度極大，海況也不同，因此，對核反應(yīng)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(yīng)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(qiáng)。**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(xù)工作，因此，抗沖擊能力要比陸地上的反應(yīng)堆強(qiáng)，才能應(yīng)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(yīng)堆還需要快速、頻繁地改變輸出功率，以適應(yīng)相關(guān)戰(zhàn)術(shù)需要。

核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的圖解（圖片來源：維基百科）

**第二，要有高效的屏蔽裝置防止人員被輻射危害。**由于核潛艇上的人員長時間在封閉環(huán)境中工作，因此，反應(yīng)堆要有高效的屏蔽裝置，并從設(shè)計上防止高放射性裂變產(chǎn)物進(jìn)入冷卻劑，減少艇員在輻射中暴露的時間。

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

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

此外，潛艇上的反應(yīng)堆還需采用靜音設(shè)計，一方面是降低被反潛平臺發(fā)現(xiàn)的概率，另一方面也是給艇員創(chuàng)造一個良好的環(huán)境。

艇載和艦載反應(yīng)堆的區(qū)別（圖片來源：USnavy）

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(fā)生在艇艏或者圍殼附近，一般不會傷及安裝在中后部的核反應(yīng)堆。但如果碰撞發(fā)生的位置正好處于反應(yīng)堆所在的艙段，那么核泄漏的概率就大大增加，具體取決于反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)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(jīng)被炸得面目全非，反應(yīng)堆也受到爆炸的沖擊，但主體結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)可以看出，只要最里面的鋯金屬管沒有撞破裂，那么核泄漏就可以控制。

除了封裝濃縮鈾的最內(nèi)層模塊外，放射性物質(zhì)還可能留存在堆體其他內(nèi)部構(gòu)件上——比如反應(yīng)堆冷卻劑通過管道系統(tǒng)時帶走一些放射性產(chǎn)物。正常情況下這些放射性產(chǎn)物會被凈化系統(tǒng)去除，但如果艇體破裂傷及反應(yīng)堆的管道系統(tǒng)，也會造成一定程度的放射性污染。

一種西方核潛艇反應(yīng)堆的示意圖（圖片來源：Roelf Blaauboer PHD）

通過以上分析我們得知，核潛艇在水下發(fā)生碰撞是否發(fā)生核泄漏，取決于撞擊的位置。同時，反應(yīng)堆的多重屏障也會起到保護(hù)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(fā)生核泄漏。

后來俄羅斯方面的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，爆炸沉沒的“庫爾斯克號”核潛艇之所以沒造成嚴(yán)重的后果，是由于反應(yīng)堆艙的值班人員在第一次爆炸后將自己反鎖在艙內(nèi)，關(guān)閉了反應(yīng)堆。

一旦發(fā)生核泄漏，會產(chǎn)生哪些影響？

萬一核潛艇由于碰撞等事故發(fā)生了核泄漏，評估影響后果還需要結(jié)合事故深度。

如果發(fā)生在淺海，那么問題就很尖銳和棘手了。

一方面，淺海如果發(fā)生核泄漏，會嚴(yán)重破壞海洋生態(tài)環(huán)境；另一方面，由于事故深度太淺，需要著手打撈才能解除隱患。而對于那些已經(jīng)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(fā)生的深度只有108米，屬于在淺水海域，一旦發(fā)生核泄漏，那是非常危險的。

1989年沉沒的蘇聯(lián)К-278核潛艇，至今仍然存在核泄漏（圖片來源：維基百科）

庫爾斯克號被打撈上來的模樣，艇艏已經(jīng)被切掉（圖片來源：themoscowtimes）

如果核泄漏發(fā)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(lián)К-278核潛艇研究為例，其沉沒深度為1680米，由于深海環(huán)境的稀釋作用，而且鮮有魚類在如此深的環(huán)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，加上兩枚钚核彈頭無法打撈，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(huán)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(yīng)堆使用93%的高濃縮鈾-235**，理論上已經(jīng)達(dá)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(jù)美國國家核安全管理局的數(shù)據(jù)，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(yīng)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(dāng)量的核武器。

結(jié)語

總得來說，雖然核反應(yīng)堆的技術(shù)已漸趨成熟和穩(wěn)定，但用于作戰(zhàn)的核潛艇會面臨各種遭遇，一旦發(fā)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(zhì)的管道，就會造成不同程度的放射性污染。

**因此，事故發(fā)生后，明智之舉應(yīng)該是立即查明原因、組織行動，從而降低影響。**因為一旦發(fā)生核泄漏，不管事故深度在淺?；蛏詈＃伎赡軐ι瞽h(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。