2024年4月15日发(作者：盛兴文)
第３０卷第３期
舰 船科学技术
Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．３
２００８年６月
ＳＨＩＰＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｊｕｎ．，２００８
美国ＣＶＮ２１级航母的ＡＩＢ型反应堆
文盖雄’，张海波２
（１．中国船舶信息中心，北京１００１９２；２．海军装备部，北京１００８４１）
摘 要：美国目前正在建造ｃｖＮＺＩ级航母，其首舰ｃｖＮ７８将于２。巧年服役。ｃｖＮ２１级航母的一个重要改
进是将使用新的ＡＩＢ型反应堆，该反应堆将提供比“尼米兹”级反应堆高２５％的能量，３倍于“尼米兹”级反应堆的电
力，满足ＣｖＮＺＩ级航母电磁弹射器以及未来高能武器上舰的需求。此外，ＡＩＢ型反应堆的舰上维护人员只有“尼米
兹”级航母反应堆维护人员的一半，且使用寿命更长。本文将分析ＣＶＮＺＩ级航母对新反应堆的需求、新反应堆的改
进之处等。
关键词：一航空母舰；核动力；
反应堆
中图分类号：
Ｕ６６４．１５１
文献标识码：
Ａ
文章编号：
１６７２一７６４９（２００８）０３一０１６３一０４Ｄ０１：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２一７６４９．２００８．０３．０３４
ＡｌＢｒｅ８ｃｔｏｒｆｏｒＣＶＮ２ｌｃｌａｓｓａｉｒｃｒａｎｃａｒｒｉｅｒ
ＷＥＮＧａ ｉ一ｘｉｏｎｇ，，ｚＨＡＮｃＨａｉ一ｂｏＺ
（１．ＣｈｉｎａｓｈｉＰＩｎｆｏｍｒａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇｌ００１９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｖａｌＥｑｕｉＰｍｅｎｔＤｅｐａｒｍｔｅｎｔ，
Ｂｅｉ ｊｉｎｇｌ００８４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｎｉｅｔｄＳｔａｔｅｓｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡｌＢｒｅａｃｔｏｒｆｏｒｔｈｅＮａ叮，ｓｎｅｗＣＶＮＺｌｃｌａｓｓ
ａｉｃｒｒａｆｔｃａｒｉｒｅｒ．ＴｈｅＣＶＮ２ｌｃｌａｓｓｌｅａｄｓｈｉＰｉｓｅｘＰｅｃｔｅｄｔｏｂｅａｕｔｈｏｒｉｚｅｄｉｎ２００８ａｎｄｔｏｇｏｔｏｓｅａｉｎ２０ｌ５．
ＴｈｅＡｌＢｒｅａｃｔｏｒｗｉｌｌＰｒｏｖｉｄｅａＰＰｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ２５Ｐｅｒｃｅｎｔｍｏｒｅｅｎｅｒｙｇ，ｎｅａｒｙｌｔｈｒｅｅｔｉｍｅｓｔｂｅｅｌｅｃｔｉｒｃＰｌａｎｔ
ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｙｔ，ａｎｄｗｉｌｅｒｑｕｉｅｒｈａｉｆｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｏｒｄｅｐａｒｍｔｅｎｔｓａｉｌｏｒｓｗｈｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｏｄａｙ，ｓＮｉｍｉｚｔ
ｃｌａｓｓａｉｒｃｒｔｆａｃａｉｒｅｒｓ．ＴｈｅｎｕｃｌｅａｒｐｒｏＰｕｌｓｉｏｎＰｌａｎｔｄｅｓｉｎｇｏｆＣＶＮ２ｌｉｓｗｅｌｌｕｎｄｅ，盯．Ｎｏｔｏｎｌｙｗｉｌｔｈｅ
ＡｌＢｒｅａｃｔｏｒｅｎａｂｌｅｔｈｅＮａＶｙｔｏｍｅｅｔｃｕｒｅｒｎｔｆｏｒｅｃａｓｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｅｒｍｅｎｔｓｏｆＣＶＮ２ｌ，ｏｆｒｅｘａｍｐｌｅｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｌａｕｎｃｈｉｎｇｓｙｓｅｔｍ，ｂｕｔｊｕｓｔａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｙｌ，ｉｔ，ｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｐｒｊｏｅｃｔｅｄ
ｗａ币ｇｈｔｉｎｇｎｅｅｄｓｉｎｔｈｅｆｏｔｕｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｃｒａｒｔｆｃａ币ｅｒ；ｎｕｃｌｅａｒｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ；ｒｅａｃｔｏｒ
ＩＣＶＮＺＩ级航母对新反应堆的需求
航母新技术的插人对功率和电力的需求。由于ＣＶＮ
１２将使用电气化辅助设备、电磁飞机弹射系统、动态
美国ＣＶＮＺ Ｉ级航母需要设计新反应堆的原因装甲等耗电量较大的系统，因此需要更大的电力保
主要有：ＣＶＮＺＩ级航母需要更大的功率；减少人员需
障。如果反应堆不能提供充足的电力，还会影响新技
求；降低全寿期费用。
术的插入，如定向能武器等。因此在ＣＶＮＺＩ的设计
ＣｖＮＺ Ｉ级航母需要反应堆提供更高的功率和电
中提出了３倍于“尼米兹”级发电量的需求。
力。目前，“尼米兹”级航母的轴功率为２０９Ｍｗ，涡
降低维修复杂性、减少维护人员、降低全寿期费
轮发电机组功率为６４ＭＷ，应急柴油发电机组功率
用是美国海军发展舰艇追求的重要目标。“尼米兹”
为ＳＭＷ。“尼米兹”级航母上现有设备的基本负荷
级航母反应堆是基于２０世纪６０年代末的反应堆技
所拥有的裕度很小，其反应堆已不能满足ＣｖＮＺＩ级
术，其维修和维护都比较复杂，需要人员多，全寿期费
收稿日期：２００７一００一２４
作者简介：文盖雄（１９８０一），男，硕士，主要研究方向为船舶工程。
万方数据
万方数据
・１６４・
舰船科学技术
第３０卷
用也较高。ＣＶＮＺＩ级航母需要提高反应堆可靠性，
司的ＡＩＧ型。其中，“Ａ’，代表航母，“Ｗ”代表西屋电
简化并减少维修，减少维护人员。ＣＶＮＺＩ级航母计气公司，“Ｇ”代表通用电气公司。
划把原来的３０００名舰员削减至２５００人，削减主要
ＡＩＢ型反应堆中的“Ｂ”代表该型反应堆的主承
来自于反应堆与航空２个部门，其中反应堆部门人员
包商“贝切特（Ｂｅｃｈｔｌｅ）公司”。在２０世纪９０年代提
将削减至“尼米兹”级的一半。
出研制下一代航母的新型核反应堆时，反应堆型号原
２“ＡＩＢ”型号的来历
为ＡＳＷ，但后来改为ＡＩＢ。因为研制该型反应堆的
主要实验室是贝蒂原子能实验室，该实验室属国家所
美国“企业”号核动力航母的反应堆型号是
有，由企业负责运营，其运营商在１９９９年之前是西屋
ＡＺＷ，“尼米兹”级航母的反应堆型号是Ａ４Ｗ／ＡＩＧ。
电气公司，１９９９年之后改为贝切特（Ｂｅｃｔｈｌｅ）公司①。
“尼米兹”级航母从第４艘“罗斯福”号开始，核反应
表１为美国海军现役与未来核动力舰艇反应堆型号
堆由西屋电气公司的Ａ４Ｗ型压水堆换为通用电气公
与承包商。
表１美国海军现役与未来核动力舰艇反应堆型号与承包商
Ｔａｂ．ＩＮａｖａｌｒｅ配ｔｏ“ａｎｄｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓｉｎＵｎｉｅｔｄｓｔａｌｅ．
反应堆型号
轴功率／ｓｈｐ
核燃料浓缩度／％
舰艇型号
主要研制实验室
承包商
泌Ｗ
５７（洲刃
“海狼介级核潜艇
贝蒂实验室
西屋公司
６ＳＧ
３５资洲洲）
７９．３
“洛杉矶”级核潜艇
诺尔实验室
通用电气
８ＳＣ
０６０（Ｘ】
９７．３
“俄亥俄”级核潜艇
诺尔实验室
通用电气
即Ｇ
０４１知旧
９３
“弗吉尼亚”级核潜艇
诺尔实验室
通用电气
ＡＺＷ
３５峨洲洲】
９７．３
“企业”号航母 贝蒂实验室
西屋公司
４ＡＷ
１４０心ＸＫ）
尼米兹”级航母
（ＣＶＮ６８￣７０）
贝蒂实验室
西屋公司
ＡＩＧ
“尼米兹”级航母
１４０（洲洲）
（ＣＶＮ ７１￣７６）
诺尔实验室
通用电气
ＡＩＢ
１４００（沁
ＣＶＮＺＩ级航母
贝蒂实验室贝切特公司
３ＣＶＮＺＩ新反应堆的改进与技术
反应堆ＡＩＢ将在保证安全的情况下降低设计保守性。
通过改进方法并开发新模型，进行核、热一水力学、结构
ＣＶＮＺＩ级航母的ＡＩＢ型反应堆主要由美国贝
力学、流体力学、动态结构负载预测和分析，建立新的
蒂原子能实验室研制，该实验室于２００５年完成了新
堆芯性能规范，使堆芯运行效率最大化。
反应堆７０％的设计工作，在设计中吸取了“海狼”级、
“尼米兹”级航母反应堆堆芯的设计导致在运行
“洛杉矶”级和“弗吉尼亚”级等核潜艇反应堆的设计
时核燃料有过热点，因此在进行燃料元件设计和运行
和运行经验。新反应堆具有更好的设计性能，进一步
时必须留有较大裕度，因而限制了功率密度和使用寿
简化了结构，采用更先进的计算机控制技术，并采用
命。ＡＩＢ反应堆将改进堆芯设计和核燃料元件制造
先进堆芯材料，使该堆芯具有更高的能量密度。“弗
工艺，减少过热点数量，从而允许堆芯以更高的功率
吉尼亚”级潜艇以及正处于换料大修之中的核动力
密度运行，并能延长堆芯寿命，还将减少废料的产生。
航母和潜艇都将采用这种先进堆芯材料。ｃｖＮＺＩ反
ＡＩＢ反应堆将改进核燃料元件的材料和结构。
应堆的改进还包括改进部件和系统设计，如重新设计
美国目前的舰用反应堆的核燃料均为高浓缩铀，如
蒸汽发生器等，从而减少维修，延长使用寿命并降低
“尼米兹”级的ＡＩＧ反应堆燃料的Ｕ一３５浓缩度为
全寿期费用。
９７．３％。美国海军反应堆核燃料浓缩度将从９７．３％
）１ 改进堆芯的设计、分析、检查方法和制造工
过渡到９３％，如“弗吉尼亚”级潜艇的ｓｇＣ反应堆、
艺，改进核燃料材料和制造工艺，提高能量密度。
ＣＶＮＺＩ级航母的ＡＩＢ反应堆以及其他未来舰用反
“尼米兹”级航母反应堆是基于２ ０世纪６０年代的
应堆都将使用Ｕ一３５浓缩度为９３％的燃料。这是因
核技术，受当时计算能力、测试数据以及所使用的设计
规则的限制，其建模能力十分有限，因此为了保证安全
① 西屋电气公司于１９９９年被英国核韶料集团公司（ＢＮＦＬ）
性，只能执行保守的工艺和程序。ＣＶＮＺＩ使用的高能
收晌，２侃巧年２月被日本东芝公司以５４亿美元的价格收购。
第３期
丈盖雄，等：美国ＣＶＮＺＩ级航母的ＡＩＢ型反应堆
・１６５・
万方数据
为美国在１９９２年关闭了朴茨茅斯核浓缩厂，停止了
高浓缩铀的生产，并决定舰用反应堆使用来自于退役
核武器中的高浓缩铀（美国核武器中的ｕ一３５浓缩
度为９３％）作为核燃料。美国从１９４５年到１９９２年
生产了９９４ｔ高浓缩铀，目前，美国海军所有舰用核反
应堆每年约消耗７０Ｏｋｇ高浓缩铀，因此美国在保持
足够数量核武器之外，其高浓缩铀的储量足够美国海
军核动力舰艇未来若干年的使用。
由于使用高浓缩铀并且具有高功率密度， 美舰用
反应堆堆芯使用了平板型燃料元件，以增加换热面
积，从而增加换热效率并提高性能。高浓缩铀分散在
另一种基质（ｍａｔｉｒ）ｘ材料里，外面再用另外的材料包
封，做成平板型燃料元件。ＡＩＢ核燃料元件将使用
新的包封材料和制造工艺。
２）改进反应堆性能， 预测模型和装置材料。
反应堆寿命的延长将大幅度提高舰艇可用性， 降
低费用，降低辐射泄露和核废料，但同时减少了中期
进行反应堆部件完整性检查以及替换老化部件的机
会，因此反应堆的测试、检验和预测非常重要。反应
堆的部件和材料必须能在恶劣的环境中可靠地运行，
在数十年运行中经受住辐射、腐蚀、高温和高压。所
以在改进材料的同时还要进行全面而严格的分析，并
建立新的反应堆全寿期性能预测模型。
材料的改进工作包括对现有材料和新材料进行
辐照测试，验证其寿命期性能并改进预测能力，使之
能在恶劣环境下长时间运行。堆芯使用的材料包括
核燃料、毒物、包壳、结构器件等，必须在反应堆运行
环境中保持其物理完整性，能耐受反应堆运行时产生
的辐射、压力、腐蚀和加热等有害环境。在新一代反
应堆材料的开发中，美国改进了辐照裂纹生长模型，
用于预测反应堆材料在高温和辐照下裂纹的产生与
扩大，如Ｘ７５０材料（Ｘ一５０ＨＴＨ）和Ａ６２５合金紧固
件材料。目前正在评价钥合金用于高温压水堆堆芯
燃料元件的特性。
反应堆承压结构材料的强度和完整性也很重要。
如反应堆装置材料中使用的钻合金，钻虽然在某些合
金材料中可以起到提高强度和抗磨损性的作用，但它
的辐射残留时间长于其他材料，使维修和退役处理复
杂化。目前美国正在开发低钻含量或无钻的反应堆
装置材料，如低钻阀门涂层材料。
堆芯寿命延长带来了很多优点，如减少辐射泄
露、降低费用、增加舰艇可用性等。但由于缺少长寿
命堆芯实际运行经验的验证，目前的分析工具在预测
反应堆寿命期后期物理性能方面的能力有限。因此，
美国将改进分析方法和工具，为长寿命堆芯在其寿命
期内的安全可靠运行提供保障。目前使用的物理方
法具有近似性，限制了设计精度，并且需要留有设计
裕度。ＡＩＢ反应堆将使用改进的设计方法和软件，
减少设计保守裕度。例如，计算机性能的进步可为堆
芯寿命期性能提供更精确的计算，这将减少目前反应
堆反应率预测的不确定性和偏差，如开发一种并行的
蒙特卡罗程序，减少计算中子传输方程的时间，并在
同样计算时间达到更好的精度。通过更精确地预测
反应堆堆芯在瞬态与稳态不同情况下的功率，改进反
应堆性能并降低费用。
３）重新设计蒸汽发生器。
蒸汽发生器利用反应堆一回路冷却剂的热量将
二回路的水转换为蒸汽，带动蒸汽轮机运行。为了防
止放射性污染二回路的水蒸气，蒸汽发生器必须保证
完整性。由于蒸汽发生器长时间工作在急剧沸腾环
境下，特别容易发生腐蚀。
ＣｖＮＺ Ｉ将使用改进的新概念蒸汽发生器，降低
质量和维护工作量以及全寿期费用。为了维持蒸汽
发生器在寿命期内的完整性，需要研究高温腐蚀过
程、水化学和估算腐蚀效应。痕量杂质在沸腾过程中
可能在低流动区域高度集中并沉积，从而造成腐蚀并
对蒸汽发生器的完整性造成威胁。新的蒸汽发生器
将改进流动设计，消除低速流动区域，使杂质的集中
和沉积最小化。另外，还将设计杂质移除的方法，并
通过腐蚀抑制剂减轻杂质的影响。
蒸汽发生器的改进工作还包括使用新的管道材
料、新的腐蚀控制方法、改进的换热方法、蒸汽分离预
测工具，在提高性能的同时降低费用和质量。装置材
料也正在进行改进，以降低腐蚀源。通过进行腐蚀测
试来减少费用、降低检查与清洁频率，同时延长蒸汽
发生器的使用寿命。
４）改进反应堆控制设备， 包括先进控制棒驱动
机构。
ＡＩＢ反应堆还将使用新的仪器仪表与控制设备，
替代老装备，改善其性能与可靠性。具有高可靠性和
效率的控制设备可以增加反应堆的实际可用功率。
目前， 美国海军舰用反应堆使用的控制棒驱动机
构是基于２０世纪６０年代的技术。新的控制棒驱动机
构将使用固态电机驱动，可以消除无意中发生的紧急
停堆，改进可靠性，提高安全性，简化设计，改进寿命期
特征，延长使用寿命，并提供更灵活的操作性能。新的
2024年4月15日发(作者：盛兴文)
第３０卷第３期
舰 船科学技术
Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．３
２００８年６月
ＳＨＩＰＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｊｕｎ．，２００８
美国ＣＶＮ２１级航母的ＡＩＢ型反应堆
文盖雄’，张海波２
（１．中国船舶信息中心，北京１００１９２；２．海军装备部，北京１００８４１）
摘 要：美国目前正在建造ｃｖＮＺＩ级航母，其首舰ｃｖＮ７８将于２。巧年服役。ｃｖＮ２１级航母的一个重要改
进是将使用新的ＡＩＢ型反应堆，该反应堆将提供比“尼米兹”级反应堆高２５％的能量，３倍于“尼米兹”级反应堆的电
力，满足ＣｖＮＺＩ级航母电磁弹射器以及未来高能武器上舰的需求。此外，ＡＩＢ型反应堆的舰上维护人员只有“尼米
兹”级航母反应堆维护人员的一半，且使用寿命更长。本文将分析ＣＶＮＺＩ级航母对新反应堆的需求、新反应堆的改
进之处等。
关键词：一航空母舰；核动力；
反应堆
中图分类号：
Ｕ６６４．１５１
文献标识码：
Ａ
文章编号：
１６７２一７６４９（２００８）０３一０１６３一０４Ｄ０１：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２一７６４９．２００８．０３．０３４
ＡｌＢｒｅ８ｃｔｏｒｆｏｒＣＶＮ２ｌｃｌａｓｓａｉｒｃｒａｎｃａｒｒｉｅｒ
ＷＥＮＧａ ｉ一ｘｉｏｎｇ，，ｚＨＡＮｃＨａｉ一ｂｏＺ
（１．ＣｈｉｎａｓｈｉＰＩｎｆｏｍｒａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇｌ００１９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｖａｌＥｑｕｉＰｍｅｎｔＤｅｐａｒｍｔｅｎｔ，
Ｂｅｉ ｊｉｎｇｌ００８４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｎｉｅｔｄＳｔａｔｅｓｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡｌＢｒｅａｃｔｏｒｆｏｒｔｈｅＮａ叮，ｓｎｅｗＣＶＮＺｌｃｌａｓｓ
ａｉｃｒｒａｆｔｃａｒｉｒｅｒ．ＴｈｅＣＶＮ２ｌｃｌａｓｓｌｅａｄｓｈｉＰｉｓｅｘＰｅｃｔｅｄｔｏｂｅａｕｔｈｏｒｉｚｅｄｉｎ２００８ａｎｄｔｏｇｏｔｏｓｅａｉｎ２０ｌ５．
ＴｈｅＡｌＢｒｅａｃｔｏｒｗｉｌｌＰｒｏｖｉｄｅａＰＰｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ２５Ｐｅｒｃｅｎｔｍｏｒｅｅｎｅｒｙｇ，ｎｅａｒｙｌｔｈｒｅｅｔｉｍｅｓｔｂｅｅｌｅｃｔｉｒｃＰｌａｎｔ
ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｙｔ，ａｎｄｗｉｌｅｒｑｕｉｅｒｈａｉｆｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｏｒｄｅｐａｒｍｔｅｎｔｓａｉｌｏｒｓｗｈｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｏｄａｙ，ｓＮｉｍｉｚｔ
ｃｌａｓｓａｉｒｃｒｔｆａｃａｉｒｅｒｓ．ＴｈｅｎｕｃｌｅａｒｐｒｏＰｕｌｓｉｏｎＰｌａｎｔｄｅｓｉｎｇｏｆＣＶＮ２ｌｉｓｗｅｌｌｕｎｄｅ，盯．Ｎｏｔｏｎｌｙｗｉｌｔｈｅ
ＡｌＢｒｅａｃｔｏｒｅｎａｂｌｅｔｈｅＮａＶｙｔｏｍｅｅｔｃｕｒｅｒｎｔｆｏｒｅｃａｓｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｅｒｍｅｎｔｓｏｆＣＶＮ２ｌ，ｏｆｒｅｘａｍｐｌｅｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｌａｕｎｃｈｉｎｇｓｙｓｅｔｍ，ｂｕｔｊｕｓｔａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｙｌ，ｉｔ，ｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｐｒｊｏｅｃｔｅｄ
ｗａ币ｇｈｔｉｎｇｎｅｅｄｓｉｎｔｈｅｆｏｔｕｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｉｃｒａｒｔｆｃａ币ｅｒ；ｎｕｃｌｅａｒｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ；ｒｅａｃｔｏｒ
ＩＣＶＮＺＩ级航母对新反应堆的需求
航母新技术的插人对功率和电力的需求。由于ＣＶＮ
１２将使用电气化辅助设备、电磁飞机弹射系统、动态
美国ＣＶＮＺ Ｉ级航母需要设计新反应堆的原因装甲等耗电量较大的系统，因此需要更大的电力保
主要有：ＣＶＮＺＩ级航母需要更大的功率；减少人员需
障。如果反应堆不能提供充足的电力，还会影响新技
求；降低全寿期费用。
术的插入，如定向能武器等。因此在ＣＶＮＺＩ的设计
ＣｖＮＺ Ｉ级航母需要反应堆提供更高的功率和电
中提出了３倍于“尼米兹”级发电量的需求。
力。目前，“尼米兹”级航母的轴功率为２０９Ｍｗ，涡
降低维修复杂性、减少维护人员、降低全寿期费
轮发电机组功率为６４ＭＷ，应急柴油发电机组功率
用是美国海军发展舰艇追求的重要目标。“尼米兹”
为ＳＭＷ。“尼米兹”级航母上现有设备的基本负荷
级航母反应堆是基于２０世纪６０年代末的反应堆技
所拥有的裕度很小，其反应堆已不能满足ＣｖＮＺＩ级
术，其维修和维护都比较复杂，需要人员多，全寿期费
收稿日期：２００７一００一２４
作者简介：文盖雄（１９８０一），男，硕士，主要研究方向为船舶工程。
万方数据
万方数据
・１６４・
舰船科学技术
第３０卷
用也较高。ＣＶＮＺＩ级航母需要提高反应堆可靠性，
司的ＡＩＧ型。其中，“Ａ’，代表航母，“Ｗ”代表西屋电
简化并减少维修，减少维护人员。ＣＶＮＺＩ级航母计气公司，“Ｇ”代表通用电气公司。
划把原来的３０００名舰员削减至２５００人，削减主要
ＡＩＢ型反应堆中的“Ｂ”代表该型反应堆的主承
来自于反应堆与航空２个部门，其中反应堆部门人员
包商“贝切特（Ｂｅｃｈｔｌｅ）公司”。在２０世纪９０年代提
将削减至“尼米兹”级的一半。
出研制下一代航母的新型核反应堆时，反应堆型号原
２“ＡＩＢ”型号的来历
为ＡＳＷ，但后来改为ＡＩＢ。因为研制该型反应堆的
主要实验室是贝蒂原子能实验室，该实验室属国家所
美国“企业”号核动力航母的反应堆型号是
有，由企业负责运营，其运营商在１９９９年之前是西屋
ＡＺＷ，“尼米兹”级航母的反应堆型号是Ａ４Ｗ／ＡＩＧ。
电气公司，１９９９年之后改为贝切特（Ｂｅｃｔｈｌｅ）公司①。
“尼米兹”级航母从第４艘“罗斯福”号开始，核反应
表１为美国海军现役与未来核动力舰艇反应堆型号
堆由西屋电气公司的Ａ４Ｗ型压水堆换为通用电气公
与承包商。
表１美国海军现役与未来核动力舰艇反应堆型号与承包商
Ｔａｂ．ＩＮａｖａｌｒｅ配ｔｏ“ａｎｄｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓｉｎＵｎｉｅｔｄｓｔａｌｅ．
反应堆型号
轴功率／ｓｈｐ
核燃料浓缩度／％
舰艇型号
主要研制实验室
承包商
泌Ｗ
５７（洲刃
“海狼介级核潜艇
贝蒂实验室
西屋公司
６ＳＧ
３５资洲洲）
７９．３
“洛杉矶”级核潜艇
诺尔实验室
通用电气
８ＳＣ
０６０（Ｘ】
９７．３
“俄亥俄”级核潜艇
诺尔实验室
通用电气
即Ｇ
０４１知旧
９３
“弗吉尼亚”级核潜艇
诺尔实验室
通用电气
ＡＺＷ
３５峨洲洲】
９７．３
“企业”号航母 贝蒂实验室
西屋公司
４ＡＷ
１４０心ＸＫ）
尼米兹”级航母
（ＣＶＮ６８￣７０）
贝蒂实验室
西屋公司
ＡＩＧ
“尼米兹”级航母
１４０（洲洲）
（ＣＶＮ ７１￣７６）
诺尔实验室
通用电气
ＡＩＢ
１４００（沁
ＣＶＮＺＩ级航母
贝蒂实验室贝切特公司
３ＣＶＮＺＩ新反应堆的改进与技术
反应堆ＡＩＢ将在保证安全的情况下降低设计保守性。
通过改进方法并开发新模型，进行核、热一水力学、结构
ＣＶＮＺＩ级航母的ＡＩＢ型反应堆主要由美国贝
力学、流体力学、动态结构负载预测和分析，建立新的
蒂原子能实验室研制，该实验室于２００５年完成了新
堆芯性能规范，使堆芯运行效率最大化。
反应堆７０％的设计工作，在设计中吸取了“海狼”级、
“尼米兹”级航母反应堆堆芯的设计导致在运行
“洛杉矶”级和“弗吉尼亚”级等核潜艇反应堆的设计
时核燃料有过热点，因此在进行燃料元件设计和运行
和运行经验。新反应堆具有更好的设计性能，进一步
时必须留有较大裕度，因而限制了功率密度和使用寿
简化了结构，采用更先进的计算机控制技术，并采用
命。ＡＩＢ反应堆将改进堆芯设计和核燃料元件制造
先进堆芯材料，使该堆芯具有更高的能量密度。“弗
工艺，减少过热点数量，从而允许堆芯以更高的功率
吉尼亚”级潜艇以及正处于换料大修之中的核动力
密度运行，并能延长堆芯寿命，还将减少废料的产生。
航母和潜艇都将采用这种先进堆芯材料。ｃｖＮＺＩ反
ＡＩＢ反应堆将改进核燃料元件的材料和结构。
应堆的改进还包括改进部件和系统设计，如重新设计
美国目前的舰用反应堆的核燃料均为高浓缩铀，如
蒸汽发生器等，从而减少维修，延长使用寿命并降低
“尼米兹”级的ＡＩＧ反应堆燃料的Ｕ一３５浓缩度为
全寿期费用。
９７．３％。美国海军反应堆核燃料浓缩度将从９７．３％
）１ 改进堆芯的设计、分析、检查方法和制造工
过渡到９３％，如“弗吉尼亚”级潜艇的ｓｇＣ反应堆、
艺，改进核燃料材料和制造工艺，提高能量密度。
ＣＶＮＺＩ级航母的ＡＩＢ反应堆以及其他未来舰用反
“尼米兹”级航母反应堆是基于２ ０世纪６０年代的
应堆都将使用Ｕ一３５浓缩度为９３％的燃料。这是因
核技术，受当时计算能力、测试数据以及所使用的设计
规则的限制，其建模能力十分有限，因此为了保证安全
① 西屋电气公司于１９９９年被英国核韶料集团公司（ＢＮＦＬ）
性，只能执行保守的工艺和程序。ＣＶＮＺＩ使用的高能
收晌，２侃巧年２月被日本东芝公司以５４亿美元的价格收购。
第３期
丈盖雄，等：美国ＣＶＮＺＩ级航母的ＡＩＢ型反应堆
・１６５・
万方数据
为美国在１９９２年关闭了朴茨茅斯核浓缩厂，停止了
高浓缩铀的生产，并决定舰用反应堆使用来自于退役
核武器中的高浓缩铀（美国核武器中的ｕ一３５浓缩
度为９３％）作为核燃料。美国从１９４５年到１９９２年
生产了９９４ｔ高浓缩铀，目前，美国海军所有舰用核反
应堆每年约消耗７０Ｏｋｇ高浓缩铀，因此美国在保持
足够数量核武器之外，其高浓缩铀的储量足够美国海
军核动力舰艇未来若干年的使用。
由于使用高浓缩铀并且具有高功率密度， 美舰用
反应堆堆芯使用了平板型燃料元件，以增加换热面
积，从而增加换热效率并提高性能。高浓缩铀分散在
另一种基质（ｍａｔｉｒ）ｘ材料里，外面再用另外的材料包
封，做成平板型燃料元件。ＡＩＢ核燃料元件将使用
新的包封材料和制造工艺。
２）改进反应堆性能， 预测模型和装置材料。
反应堆寿命的延长将大幅度提高舰艇可用性， 降
低费用，降低辐射泄露和核废料，但同时减少了中期
进行反应堆部件完整性检查以及替换老化部件的机
会，因此反应堆的测试、检验和预测非常重要。反应
堆的部件和材料必须能在恶劣的环境中可靠地运行，
在数十年运行中经受住辐射、腐蚀、高温和高压。所
以在改进材料的同时还要进行全面而严格的分析，并
建立新的反应堆全寿期性能预测模型。
材料的改进工作包括对现有材料和新材料进行
辐照测试，验证其寿命期性能并改进预测能力，使之
能在恶劣环境下长时间运行。堆芯使用的材料包括
核燃料、毒物、包壳、结构器件等，必须在反应堆运行
环境中保持其物理完整性，能耐受反应堆运行时产生
的辐射、压力、腐蚀和加热等有害环境。在新一代反
应堆材料的开发中，美国改进了辐照裂纹生长模型，
用于预测反应堆材料在高温和辐照下裂纹的产生与
扩大，如Ｘ７５０材料（Ｘ一５０ＨＴＨ）和Ａ６２５合金紧固
件材料。目前正在评价钥合金用于高温压水堆堆芯
燃料元件的特性。
反应堆承压结构材料的强度和完整性也很重要。
如反应堆装置材料中使用的钻合金，钻虽然在某些合
金材料中可以起到提高强度和抗磨损性的作用，但它
的辐射残留时间长于其他材料，使维修和退役处理复
杂化。目前美国正在开发低钻含量或无钻的反应堆
装置材料，如低钻阀门涂层材料。
堆芯寿命延长带来了很多优点，如减少辐射泄
露、降低费用、增加舰艇可用性等。但由于缺少长寿
命堆芯实际运行经验的验证，目前的分析工具在预测
反应堆寿命期后期物理性能方面的能力有限。因此，
美国将改进分析方法和工具，为长寿命堆芯在其寿命
期内的安全可靠运行提供保障。目前使用的物理方
法具有近似性，限制了设计精度，并且需要留有设计
裕度。ＡＩＢ反应堆将使用改进的设计方法和软件，
减少设计保守裕度。例如，计算机性能的进步可为堆
芯寿命期性能提供更精确的计算，这将减少目前反应
堆反应率预测的不确定性和偏差，如开发一种并行的
蒙特卡罗程序，减少计算中子传输方程的时间，并在
同样计算时间达到更好的精度。通过更精确地预测
反应堆堆芯在瞬态与稳态不同情况下的功率，改进反
应堆性能并降低费用。
３）重新设计蒸汽发生器。
蒸汽发生器利用反应堆一回路冷却剂的热量将
二回路的水转换为蒸汽，带动蒸汽轮机运行。为了防
止放射性污染二回路的水蒸气，蒸汽发生器必须保证
完整性。由于蒸汽发生器长时间工作在急剧沸腾环
境下，特别容易发生腐蚀。
ＣｖＮＺ Ｉ将使用改进的新概念蒸汽发生器，降低
质量和维护工作量以及全寿期费用。为了维持蒸汽
发生器在寿命期内的完整性，需要研究高温腐蚀过
程、水化学和估算腐蚀效应。痕量杂质在沸腾过程中
可能在低流动区域高度集中并沉积，从而造成腐蚀并
对蒸汽发生器的完整性造成威胁。新的蒸汽发生器
将改进流动设计，消除低速流动区域，使杂质的集中
和沉积最小化。另外，还将设计杂质移除的方法，并
通过腐蚀抑制剂减轻杂质的影响。
蒸汽发生器的改进工作还包括使用新的管道材
料、新的腐蚀控制方法、改进的换热方法、蒸汽分离预
测工具，在提高性能的同时降低费用和质量。装置材
料也正在进行改进，以降低腐蚀源。通过进行腐蚀测
试来减少费用、降低检查与清洁频率，同时延长蒸汽
发生器的使用寿命。
４）改进反应堆控制设备， 包括先进控制棒驱动
机构。
ＡＩＢ反应堆还将使用新的仪器仪表与控制设备，
替代老装备，改善其性能与可靠性。具有高可靠性和
效率的控制设备可以增加反应堆的实际可用功率。
目前， 美国海军舰用反应堆使用的控制棒驱动机
构是基于２０世纪６０年代的技术。新的控制棒驱动机
构将使用固态电机驱动，可以消除无意中发生的紧急
停堆，改进可靠性，提高安全性，简化设计，改进寿命期
特征，延长使用寿命，并提供更灵活的操作性能。新的