第412章 水下核幽灵 (第2/2页)
但大自然也开了一个残酷的玩笑。
在自然界中，锆矿石里永远伴生着大约百分之一到百分之三的另一种元素——铪。
铪的化学性质与锆几乎完全相同，无论是原子半径还是外层电子排布都高度一致。在常规的化学提纯中，它们就像连体婴儿一样无法分离。
但铪的核物理性质却与锆截然相反。铪是一个贪婪的中子吸收器。即使锆金属中只含有百分之零点一的铪，这根燃料棒包壳就会变成一根熄灭反应堆的控制棒。
必须将铪从锆中彻底剥离，将其纯度降低到百万分之一以下。
一场针对这两种孪生元素的微观化学分离战，在西北第七特种化工厂的提纯车间内打响。
提纯车间。
这里没有高温的熔炉，而是布满了复杂的玻璃管道、萃取槽和带有刺鼻气味的化学试剂储罐。
高级化学工程师刘峰穿着全封闭的防酸橡胶服，戴着防毒面罩，站在一组长达十几米的多级逆流萃取塔前。
既然化学沉淀无法分离，他们选择了利用微小的溶解度差异，进行液液萃取。
“将粗制四氯化锆铪混合粉末，溶解在含有硫氰酸的盐酸水溶液中。”刘峰通过通讯器下达指令。
工人们将白色的粉末倒入巨大的搪瓷搅拌缸内，加酸溶解。
“启动一号萃取泵。注入磷酸三丁酯有机溶剂。”
水溶液和不溶于水的TBP有机溶剂在萃取塔内相遇。电机驱动着搅拌桨疯狂旋转，将两相液体打碎成微小的液滴，使其充分接触。
物理化学的奇迹在微观层面上发生。
虽然锆和铪的化学性质相似，但它们与TBP有机溶剂形成络合物的能力存在微小的差异。锆更容易被有机溶剂拉走，而铪则倾向于留在水溶液中。
“静置分层。提取有机相。”
搅拌停止。密度较轻的TBP有机层浮在水层上方。
但这微小的差异不足以一次性完成分离。
含有较高浓度锆的有机溶剂被送入下一级萃取塔，再次与新的水溶液接触，进行反萃取。
这种枯燥的流体力学循环，在几十级萃取槽中反复进行。水相和有机相逆向流动，就像一台微观的化学筛子。每一次接触，都会将微量的铪原子留在水中，将锆原子带走。
经过连续几十个小时的萃取。
最终从生产线末端流出的，是极其纯净的含锆溶液。
“进行加热沉淀。加入氢氧化氨。”
溶液中析出白色的氢氧化锆沉淀。随后被送入高温回转窑进行焙烧，转化为纯净的二氧化锆粉末。
但这依然只是氧化物。
在车间的尽头，是一台巨大的真空感应还原炉。
“将二氧化锆与碳粉混合氯化，生成四氯化锆气体。引入还原炉内部。”
“加入高纯度金属镁块。抽真空，充入氩气保护。升温至九百度。”
在九百摄氏度的高温下，化学置换反应剧烈进行。
活泼的金属镁强行夺走了四氯化锆中的氯原子，生成液态的氯化镁。而失去了氯的锆原子，则在反应炉的底部还原沉积，形成了一团呈现出银灰色多孔状的金属物质——海绵锆。
这些海绵锆随后被送入真空自耗电弧炉中，在数千度的高温电弧下熔化，彻底排出残留的氯化镁气体，最终结晶成纯净的核级锆合金钢锭。
当第一批光亮的锆合金管材从挤压机中被拉伸出来时。
大西北在材料学上，解开了压水堆最难的一把锁。核燃料棒有了完美的透明外衣。
而第二个瓶颈，它出现在流体力学的核心——一回路主冷却剂泵。
在压水堆系统中，一回路的水带有强烈的放射性，并且处于一百五十个大气压和三百摄氏度的极端状态。主泵的任务是每小时将数万吨这种高压热水在堆芯和蒸汽发生器之间进行强制循环。
传统的机械水泵，其电动机在外部，通过一根旋转的金属主轴伸入泵壳内部驱动叶轮。
为了防止内部的高压水顺着旋转主轴的缝隙泄漏出来，通常会使用石墨或机械密封圈。
但在一百五十个大气压的放射性热水面前，任何机械接触密封都会在运转几十个小时后发生磨损。只要漏出一滴水，潜艇的轮机舱就会被致命的核辐射填满。
“绝对不能有任何动态机械密封。哪怕是万分之一毫米的磨损容差也不允许。”
机械动力实验室的主任看着因密封圈泄漏而喷出高压水蒸气的测试台，下达了死命令。
“唯一的解决方案，是屏蔽泵。”
这是一种将电动机和水泵叶轮完全封闭在一个没有主轴伸出的绝对密封壳体内的疯狂设计。
在屏蔽泵中。电动机的定子线圈被安装在外部，而转子则和水泵叶轮直接连接在一起，浸泡在三百度的高温高压水中。
为了防止转子生锈，并在定子和转子之间建立防水的物理隔离。工程师们用一层厚度只有零点五毫米的无磁性哈氏合金薄壁圆筒，将定子和转子彻底隔开。
外部定子线圈通电产生的交变磁场，穿透这层极薄的合金屏蔽套，驱动内部泡在水中的转子高速旋转。
【机械流体力学测试日志：一回路屏蔽泵】
“由于转子完全浸没在高温水中，无法使用传统的机油润滑滚动轴承。油液会污染一回路放射性水，且在高温下迅速碳化。”
“解决方案：采用水润滑滑动轴承。利用石墨材料制造轴瓦，表面进行硬质合金喷涂。转子在高速旋转时，带动周围的高压水形成一层极薄的流体动力润滑水膜，将金属转轴完全托起，实现无接触的液态悬浮运转。”
“开启定子电源。磁场穿透屏蔽套。转子转速达到每分钟三千转。”
“超声波流量计显示：主回路水流量每小时一万五千立方米。系统保压一百五十兆帕。” “连续运转一千小时。外部环境核辐射检测：零。高压水渗漏量：零。屏蔽套金属疲劳检测合格。”
材料和机械的拼图被大西北的工程师们强行拼死。
一九四四年十一月。
渤海湾，葫芦岛特种地下造船厂。
这个船厂没有露天的滑道。整个干船坞被深挖在坚硬的花岗岩海岸山体内部，顶部覆盖着厚达十米的钢筋混凝土和伪装网，足以抵御当时任何口径航空炸弹的直接命中。
船坞内，灯火通明。
这里正在进行一场颠覆人类船舶工程常识的建造。
在干船坞的底部，一排排巨大的龙骨墩已经排列整齐。
起重机吊装的，不是传统潜艇那种为了在水面高速航行而设计的尖锐舰艏。
而是一个呈现出完美流线型、没有任何平直切面的巨大水滴形钢结构舱段。
流体力学专家在风洞和水池中进行了海量测试。他们发现，传统的潜艇在水下航行时，由于外形阻力极大，需要消耗庞大的能量。而水滴形或纺锤形的壳体结构，虽然在水面航行时阻力较大，但在全潜状态下，其物理阻力被降到了最低，能够将动力系统的推进效率发挥到极致。
这种设计明确宣告了：这艘潜艇，将永远不需要像常规潜艇那样在海面上航行。海洋的深渊才是它唯一的归宿。
“一号环形肋骨就位。准备进行耐压壳钢板焊接。”
造船总工程师站在脚手架上，盯着下方那个直径达到十米的巨大圆筒结构。
对于一艘需要隐藏在深海中的核潜艇来说，下潜深度决定了它的生存概率。
普通的潜艇使用高强度碳钢，下潜深度通常被限制在一百五十米左右。超过这个深度，海水庞大的静水压力会瞬间压瘪金属壳体。
大西北冶金部为这艘核潜艇专门研发了代号为HY-80的超高强度特种合金钢。
这种钢材在冶炼过程中加入了精确比例的镍、铬和钼元素。在经过复杂的热处理后，其内部晶体形成了致密的马氏体结构。它的屈服强度达到了惊人的五百五十兆帕，这使得潜艇能够承受深达四百米水压的物理挤压。
但这种超高强度钢的焊接，是一场与热应力和氢脆现象对抗的微观战役。
船坞内。
几名高级焊工穿着厚重的防护服，钻入狭窄的环形双层壳体之间。
这里的空间极度逼仄。为了防止潮湿空气中的水分在焊接高温下分解出氢气，整个焊接区域被抽入了干燥的热空气。
“预热系统启动。母材温度加热至一百五十度。”
焊工拿起钨极氩弧焊枪。
耀眼的电弧在两块厚达四十毫米的合金钢板之间跳跃。
在纯净的氩气物理隔离下，电弧温度高达数千度。焊工必须以极其稳定的手部肌肉控制，将特种低氢焊条均匀地熔入深V型的坡口中。
由于钢板极厚，一条环形焊缝需要进行几十层、上百道的多道焊接。每一次焊接后，都必须进行严格的层间温度控制和打磨清理。
这是一个耗费体力和精神的缓慢物理过程。
而在焊缝冷却后，无损探伤工程师立刻推着笨重的X射线机和超声波探伤仪进入现场。
在四百米深的海底，一个微小的气孔，在几兆帕的水压下，会变成一个将潜艇撕裂的裂纹。质量控制的容错率为零。
随着时间的推移，十几个环形舱段在干船坞内被逐一焊接成型，连接成一个长达百米的巨大钢铁圆筒。
十二月十日。
船厂迎来了整个建造过程中最核心的植入。
干船坞上方，一台载重量达到五百吨的特大型龙门吊机，发出沉闷的低吼。
在多根粗大钢丝绳的牵引下。
一个呈现出圆柱形、外表由厚重的不锈钢和铅板双层包裹的庞大金属容器，被缓缓吊起。
这是大西北第零号研究所和重型机械厂联合打造的第一台实用化船用压水型核反应堆。
它的内部，锆合金燃料棒已经装填完毕。粗大的一回路管道接口被封闭。重达百吨的屏蔽水箱将其严密包裹。
龙门吊在操作员的精确控制下，在三维空间中进行着厘米级别的微调。
巨大的反应堆舱段被平稳地移入潜艇舯部那个预留的开口中。
当反应堆底部的减震基座与潜艇龙骨上的固定孔位发出沉闷的金属碰撞声，严丝合缝地贴合在一起时。
站在高处栈桥上的李枭和海军总指挥林海，默默地注视着这一幕。
“委员长，反应堆就位。”林海的声音中透着难以掩饰的激动。
“后续的二回路管道连接和消声瓦铺设，将在三个月内完成。明年春天，它将进行第一次下潜测试。”
李枭看着那个被封闭在厚重钢铁壳体内的核子心脏，目光深邃。
“铅酸电池和柴油机限制了我们在大洋深处的自由。”
“而现在，我们把一枚缩微版的恒星，装进了潜艇的肚子里。”
“这艘潜艇不需要氧气来燃烧，也不需要靠岸补充燃料。它可以在大洋深处的几百米水下，以二十五节的高速连续潜航几十万海里。”
“当它下潜的那一刻。”
“大西北的战略幽灵，已经拥有了无限巡航的实体。”