现在全世界的现役核潜艇和航母，使用的核反应堆类型，都是压水堆，中国也不例外。

　　正如国内船舶核动力设计教材中的结论，除非其他反应堆类型出现质的技术突破，否则没有一种堆型能撼动压水堆在船舶动力堆领域一统天下的地位。

　　压水堆的名称来源，源于它要对一回路中直接浸泡核燃料的冷却剂——水，施加巨大的压力，通常在11-16MPa之间。也就是每平方厘米上，压力达到112到163公斤。这样做的原因，是水的沸点和压力相关——比如在青藏高原上由于气压低，除非用高压锅，水开了也到不了100度。

　　典型压水堆结构

　　就船舶反应堆来说，在施加11MPa的高压以后，反应堆中的水可以在281度的情况下保持液态。这使得它在一二回路之间的热交换器里，能够通过巨大的温度差，使得二回路的水也变成具备较高温度（不同功率下251-278度）和压力（不同功率下3.92-6.13MPa）的蒸汽。

　　这些具备高能量的蒸汽，又通过推动蒸汽轮机的叶片高速旋转，带动螺旋桨和发电机，完成核能——热能——机械能/电能的转化。而制约压水堆性能的一个核心瓶颈，就在压力与温度的关系上：一回路的水温，不能再做高了。

　　水温要做到370度，需要超过21MPa的压力。到了374度，水就达到临界点，极短时间内全部蒸发成密度与水一样大的蒸汽。过高的压力会带来大量的问题，包括设计制造太贵、泄漏几率加大且后果严重得多、难以抢修等等。

　　典型压水堆压力壳内部结构

　　美国海军起吊、转移压水反应堆的压力容器

　　在权衡成本、风险、性能等多方面因素以后，目前主流压水堆的设计，压力一般在15-16MPa，水温能达到350度左右。再往上做，即使是每10度温度的提升，需要的压力增加也太大了，性能的提升速度远不及成本和事故风险的增加速度。

　　受到这些关键瓶颈的限制，现在先进航母和潜艇的动力堆，热效率只有30%左右——陆地核电站更重视经济性，体积和重量限制宽松，可以做的更高，达到33-37%。

　　此前盛传中国将在核潜艇上使用的高温气冷堆，则是使用氦气作为冷却剂；它在接收核燃料组件释放的大量热量以后，温度可以很容易的做到600~1000度范围。

　　而且从理论上讲，气冷堆可以省去用高温氦气加热二回路、再生成高温高压蒸汽推动蒸汽轮机的过程；直接用加热后的氦气，推动氦气轮机发电。这种设计在技术上并不难，实际上和现在已经被主流淘汰的沸水堆设计差不多——沸水堆没有二回路，水直接烧成蒸汽去推蒸汽轮机。

　　带二回路热交换的气冷堆，热效率在37-46%左右

　　沸水堆结构，把水换成氦气就是最高效的气冷堆原理，能到50%

　　依靠更高的冷却剂温度和更直接的能量转化设计，气冷堆在理论上能获得更高的效率；笔者在文献中见过的最大的数字是50%——如果放在压水堆上，这至少是一代、甚至两代以上的技术差距。

　　由于每立方米氦气能携带的热量太少了，只有水的几百分之一；因此气冷堆虽然热效率更高，但却需要非常巨大的体积，才能实现和压水堆相同的功率，这使得它只适合作为陆地发电站的选择，是从根本原理上最不可能、最不适合作为潜艇动力堆的类型。

　　这东西要立起来才能用，没有任何舰船能装得下

　　比如清华大学的气冷堆，最大功率仅10MW，但核心部件的高度已经达到12.6米，全世界已经没有任何一种核潜艇能装得进去。

　　而法国的红宝石，仅2600吨排水量的小型核潜艇，其反应堆功率也有48MW，而美俄主流大型核潜艇的反应堆，功率更是达到250MW级别。要在气冷堆上实现相同的输出功率，其体积是现在任何一种船舶的动力舱室都无法容纳的。

　　最后要指出的是，现在全世界范围内，气冷堆都没有达到商业运行的成熟阶段——美日德在气冷堆领域的发展均停留在示范电站阶段，国内气冷堆技术源自德国，在建的石岛湾项目也属于示范电站。现在气冷堆还没有在实际运行中，真正表现出包括安全性在内，相对压水堆的实际优势。

　　气冷堆由于原理上的高热效率优势，它本身是一个值得探索的方向；但这不代表它就一定具备实用性价值——特别是在与其它堆型的竞争中，能推广普及化，也不代表它就适用于所有的场合。