舰艇用核动力装置及其辐射的来源

核动力装置 舰艇用核动力装置由反应堆和动力结构两部分组成。
反应堆 舰艇用反应堆是动力反应堆的一种，用来产生动力推动舰艇。目前，基本上采用压水型反应堆，特点是体积小、重量轻、运行可靠、检修容易。反应堆的具体结构随类型不同而异，但基本原理相同，核心部分是活性区。活性区由燃料元件、慢化剂（减速剂）、载热剂（冷却剂）、结构材料、控制棒和反射层组成。在反射层外面通常设置一定厚度的防护层。
燃料元件： 在非均匀反应堆中，裂变能从核燃料单元体中释放出来，由载热剂把热量带走。每一个核燃料单元体称为燃料元件。燃料元件由核燃料和元件包壳两部分组成。核燃料一般是用铀或钚制成棒状、片状或圆管状。元件包壳是核燃料的密封包壳，用辐照性能和耐热性能好，机械强度高，不易吸收中子的材料（如锆合金）制成，其作用主要是防止载热剂腐蚀核燃料，防止裂变产物漏入载热剂而污染回路。
慢化剂： 降低快中子能量使其慢化成热中子的材料叫慢化剂或减速剂。在热中子反应堆中主要利用热中子引起核裂变，为防止不易产生裂变的²³⁸U过多地吸收快中子，必须利用慢化剂使裂变产生的快中子迅速慢化成热中子，以维持核反应的持续进行。慢化剂应具有慢化能力强、吸收中子少的特点。常用的慢化剂有水、重水、石墨和铍等。
载热剂： 带走反应堆内燃料元件所产热能的物质叫载热剂或冷却剂。载热剂将堆芯热量带出堆外，传递至热交换器，加热二回路的水，冷却后再回到堆内，如此不断循环。载热剂应有良好的热性能，它可以是液体，如水、重水和有机物；也可以是气体，如CO2、空气和氦等。有时载热剂和慢化剂用同一种物质。舰艇用的压水型反应堆即是用高压水作慢化剂和载热剂的动力堆，也称水-水堆。
控制棒： 用强烈吸收中子、但不发生裂变反应的材料(如镉、硼) 制成。用以在热中子和中能中子反应堆内控制反应性，使功率维持所需水平。例如当堆内反应性太强时，下降控制棒，使之多吸收中子以减弱反应；反之，则提升控制棒，使之少吸收中子以加强反应。
反射层： 在反应堆内，为避免大量中子从活性区逸出，在活性区外围设置一层能使中子反射回去的物质，叫反射层。其材料的特性是： 吸收中子的能力小、反射中子的能力高。对热中子堆可用与慢化剂相同的材料作反射层。
防护层： 反应堆活性区可释放出各种射线，其中γ射线和中子流穿透力很强，为防止射线损伤人体而在反射层外围设置的一层屏蔽物称为防护层。常用的屏蔽材料有水、石墨、含氢物质、铅或铁等。
动力结构 目前，舰艇所用的核动力装置大都是压水堆蒸气动力装置。在反应堆中，载热剂吸收核燃料分裂时产生的大量热能，在密闭的管道中将热量带到热交换器（蒸气发生器）中传递给另一回路的水，温度降低了的载热剂由循环泵送回反应堆，如此反复循环，不断地带出反应堆的热能。这个密闭循环系统叫一回路，也叫主回路，由于在这个系统中流动的载热剂有放射性，所以又叫活性回路 （见示意图）。

舰艇用核动力装置示意图

1.反应堆2. 一次屏蔽3. 热交换器4.汽轮机 5. 螺旋桨 6. 冷凝器
7. 泵 8. 生物防护层

在热交换器中，另一回路的水被加热产生高温高压蒸气，蒸气驱动汽轮机带动螺旋桨，推动舰艇。作功后的蒸气在冷凝器中冷却成水，由泵送回热交换器，如此不断循环，构成二回路。二回路通常不带放射性，也称非活性回路。
辐射的来源 核舰艇上的核反应堆是一种进行可控核裂变的装置。在核裂变过程中产生大量的中子、γ和β辐射、裂变产物和热能。故核反应堆又是一个强大的辐射源。从反应堆放射出的辐射可分为初级辐射和次级辐射。
初级辐射是核燃料裂变时和裂变后的产物所放射的。主要有裂变中子、裂变β和裂变γ辐射和裂变产物的β和γ辐射。裂变中子主要是瞬发裂变中子，它占裂变中子的绝大部分(>99%)，其能量绝大部分为(1～2)×10⁶eV（电子伏特），是防护的主要对象； 少数高能中子也须防护。缓发中子的分额很少(<1%)，能量也低(<0.7×10⁶eV)，计算防护层时多可不考虑，但应注意这些中子可被载热剂和其他物质俘获而产生感生放射性。裂变γ辐射中，瞬发裂变γ的能量在(2～3)×10⁶eV之间的比例较大，强度也高。裂变产物γ辐射是裂变产物所放射的，裂变产物中大约有200多种放射性核素，它们都是β或β、γ辐射体。由于各种裂变产物的半衰期和能量不同，所以γ射线的能谱和强度随时间的变化比较复杂，平均能量约为1×10⁶eV，总放射性强度随时间的延长而下降。在核燃料裂变时产生的裂变气体，如放射性碘、氪、氙，它们的放射性也属于初级辐射。
次级辐射由初级辐射与物质作用而产生。主要是物质在吸收热中子的反应中所释放的γ辐射，即俘获辐射。反应堆、一回路、防护层等的结构材料和载热剂都可引起很强的俘获辐射。俘获辐射的γ能量很高，可达(7～8)×10⁶eV，并在广泛的区域内产生，在考虑防护时应予以足够的重视。此外，次级辐射中还有轫致辐射，非弹性散射和被活化材料的γ辐射。
反应堆内直接发射出的β辐射到不了外部。形成辐射源的，主要是轫致辐射产生的X射线，也应加以防护。
从反应堆的两种辐射来看，在反应堆运行时主要是初级辐射和俘获辐射； 停堆后则是裂变产物的辐射和活化辐射。所以在反应堆运行时除防护γ射线外，尤其要注意中子的防护。
反应堆的辐射以不同的形式和途径出现：
❶β、γ辐射主要来自活性区、载热剂、一回路的管道和设备。
❷中子流来自反应堆运行时的活性区。
❸空气中的放射性污染来自裂变气体、活化的气体和放射性气溶胶。
❹载热剂的泄漏可以造成表面污染。
可见，在核舰艇上既有β、γ辐射和中子流引起的外照射；又有放射性物质进入体内造成内照射的可能。因此，对内照射和外照射的防护都具有重要意义。