原标题：如果核潜艇在水下发生碰撞事故会不会导致核泄漏？
前段时间，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。
海狼级二号艇“康涅狄格号”核潜艇
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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。截至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。
核裂变链式反应图解
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。
艇载和舰载反应堆的区别
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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。
一种西方核潜艇反应堆的示意图
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。
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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。
1989年沉没的苏联К-278核潜艇，至今仍然存在核泄漏
库尔斯克号被打捞上来的模样，艇艏已经被切掉
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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。
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结语
总的来说，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。
来源：中科院物理所微信公众号
责任编辑：朱学森 SN240