中国航母核动力：压水堆、钠冷快堆、钍基熔盐堆和高温气冷堆

  1955年5月10日，一条巨大的“黑鱼”从美国新伦敦潜艇基地起航后，仅用了不到90个小时就潜航2223公里，抵达波多黎各首都圣胡安，潜航速度超过20节，首次出海就打破了之前潜艇的所有记录。这条“黑鱼”就是人类第一艘核动力潜艇：鹦鹉螺号，而支持它游完全程的动力竟然来自一块高尔夫球大小的铀燃料。

  使用核能作为舰艇动力源，最早是由第二次世界大战时代的物理学家菲力普·艾贝尔森提出，他提出了如何将核反应堆装置在潜艇中以同时提供潜航时所需的推进力与电力，并提到可将潜艇用作一个导弹发射平台，将战术攻击潜艇转化为战略武器载具。艾贝尔森超级舰艇的概念获得了人称“核动力海军之父”的美国海军上将海曼·里科弗的支持。从1946年起，里科弗就积极向高层建议建造核潜艇，经过3年不懈努力，这个主张终于得到尼米兹上将和海军部长约翰·沙利文的支持。他被任命为国家原子能委员会和海军船舶局两个核动力机构的主管，同时兼任核潜艇工程的总工程师。

  里科弗是波兰裔犹太人，1906年他随做裁缝的父母移民美国。由于家境贫寒，里科弗通过半工半读完成小学和中学的学业，最终依靠矢志不渝的信念成长为核动力专家。他在美国海军内部是一个饱受争议的人物，他极为严苛，脾气暴躁，树敌众多。上级称他为“老贼”，下级和国防承包商说他是“暴君”。里科弗主持完成了核反应堆的小型化和实用化，可以把它安装在一个只有8.54米的舱段中，这是所谓的S1W反应堆。以此反应堆为基础，他还监督建造了希平港核电站，它是世界上第一座商用核电站，于1957年并网发电，开启了人类和平利用核能的新时代。

  在他的安排下，“鹦鹉螺”号进行了长达三年的密集海试和各种作战环境下的演习。从全功率横穿大西洋到探索北极航线，“鹦鹉螺”号都表现出优异的可靠性和无坚不摧的作战威力。1958年，里科弗因在核动力项目上的贡献而获得国会金质奖章，次年登上《时代周刊》封面，成为家喻户晓的超级明星。尽管海曼·里科弗经常表现得傲慢目中无人，但当人们称他为“美国核海军之父”时，他会很严肃地说：“真正的核海军之父应该是当时的海军部长约翰·沙利文”。

  大洋彼岸的“鹦鹉螺”号核潜艇下水的第二年，在遥远的莫斯科，时值陈赓大将访苏，彭士禄被其密召到中国驻苏联大使馆，陈赓告之要选一批留学生改行学习原子能核动力专业，彭士禄表示“只要祖国需要”当然愿意改行，即转行在莫斯科动力学院进修攻读核动力专业。两年后彭士禄以优异的成绩学成归国，被安排到第二机械工业部原子能研究所工作。

  彭士禄本人早年的生活颠沛流离，其父亲是被毛主席称为“农动大王”的农委书记彭湃，彭湃夫妇被杀后，彭士禄在地下党组织和革命群众的掩护下东躲西藏，吃百家饭，仅仅8岁时就入狱，后来又做过乞丐，打过零工，直到15岁才被周恩来营救辗转到达延安，因为之前读过两年小学，得以进入延安青年干部学院学习并赴苏联留学。

  同年，清华大学也紧锣密鼓成立了工程物理系，从电机、机械、动能等专业中抽调若干名成绩优异的学生转入工程物理系，其中就包括当时正在机械系读大二的王大中。他由此成为中国自己培养的第一批核反应堆专业的人才，他的科学求索之路与国家的核能事业紧密交织在一起60余年。

  1958年6月，向中央呈送了《关于开展研制导弹原子潜艇的报告》，代号“09”的核潜艇研制工程真正开始启动。苏联不愿意协助核潜艇的相关研究实验工作，中国高层决定先集中力量研制的同时，继续保留50多人组成的国产化核动力研究室，由彭士禄负责全面工作，并兼任中国科技大学近代物理系副教授。3年后，正式颁令成立舰艇研究院，番号国防部第七研究院，并任命为七院院长，以核潜艇工程为重点。而整个工程最高领导便是中央专委主任周恩来总理，中央专委直接管辖核潜艇工程领导小组。

  在没有任何外援资料的情况下，彭士禄主持了中国核潜艇核动力装置的论证、设计、试验以及运行的全过程，建立了一整套核动力装置静态和动态主参数计算方式，在主参数的选定、系统组成及关键设备的选型等方面有很强的实用价值并可推广应用于压水堆核电站。

  整整经过了12年，在1970年7月15日，周恩来、、等中央专委在人民大会堂福建厅听取彭士禄等人对核潜艇的研制工作做专题汇报，周恩来强调了16个字:“充分准备，一丝不苟，万无一失，一次成功”，此16字成为中国核潜艇研制建造及使用中的警语。3天后，彭士禄主持负责建造的1∶1核潜艇陆上模式堆启动试验达到了设计额定功率，核潜艇的最关键的核动力装置一次试验成功。12月26日，中国首艘核潜艇第一代091攻击型核潜艇下水海试，之后陆续解决了高辐射、回路泄漏，腐蚀、蒸汽发生器泄漏以及泵站、主冷凝器和主减速齿轮组缺陷等严重问题。1974年8月1日，中国首艘核核潜艇“长征1号”终于正式服役，中国成为继美、苏、英、法之后第５个拥有核潜艇的国家。

  这一时期，美国核动力海军的发展一日千里。在“鹦鹉螺”号再次开辟北极航线年美国宣布以后将不再制造常规动力潜艇。为了和核潜艇配套，里科弗和当时的海军部长阿利·伯克一起全力打造一支全核舰队，包括企业级核动力航空母舰，长滩号核动力导弹巡洋舰、班布里奇号核动力驱逐领舰。

  但现实给了里科弗致命一击，它们都太贵了。企业号航母的造价是常规动力航母小鹰号的两倍，甚至长滩号巡洋舰的造价都比小鹰号多了6000万美元，这让美国海军内反对的声音大量出现。这是美国海军在核航母和常规航母路线选择上的一个关键岔路口。为了赢得这次路线之争，里科弗和美国太平洋海军司令小约翰·麦凯恩在1964年组织了“全核动力”第一特遣编队的环球航行，即“海环行动”。

  要知道，早在1907年，当时张扬好斗的美国总统西奥多·罗斯福为了宣示一个新的海军强国已经诞生，便组织了由16艘战列舰，7艘雷击舰，以及14000名军人组成环球旅行的“大白舰队”。为了让舰队显得更为漂亮，所有的军舰都被刷上了一层白油漆，故被称为“大白舰队”。整个环球航行耗时14个月，震惊了世界，连当时海军第一强国英国人也感慨：如果这是一支侵略英国的舰队的话，那么他们无疑已经成功了。

  1964年7月31日，全核特遣编队从欧洲起航，搭载官兵6057名，开启了无任何补给的环球航行，经直布罗陀海峡驶入大西洋，绕非洲，穿印度洋和太平洋，再绕南美洲，返回美国东海岸，航行一共进行了65天，航程多达32600海里。”海环行动“中最知名也最为辉煌的时刻，是企业号的水兵们在甲板上排成了爱因斯坦质能转换方程。

  除此之外，里科弗还利用自己在核动力潜艇上的成功光环游说议员，同时他严格把关每一个核反应堆的零件测试和操作人员培训，做到了核动力舰艇零事故的成绩，封住了让核动力舰艇最容易被攻击的借口。比如在设计辐射屏蔽层、制定舰艇防辐射剂量标准时，很多专家都认为民用标准冗余度太大，军事标准不应该这么严苛，这样做才能够大幅度减少屏蔽层的厚度从而减小体积、减轻重量。但是，里科弗坚定的认为水兵们受到的辐射要低于美国的农民。美国海军至今保持着核反应堆零事故的纪录，并累计安全回收和处置超过200个核反应堆。与苏联海军14次核反应堆事故形成了鲜明对比。之后，未解决企业号使用了8台A2W潜艇核反应堆的最受诟病的问题，里科弗又拿出了A4W核反应堆和尼米兹级的设计图，于是从1968年开始，美国海军就全部都是尼米兹级的建造计划，不再建造常规动力航母。

  中国的航母事业注定了筚路蓝缕，更不要说核动力航母。在中国第一个潜艇陆上模式堆启动试验成功后，舰艇研究院院长亲自主持起草了第一个航母工程报告。在第一艘核潜艇服役后，1975年9月，第二次建言造航母，这次“上书”在海军内部引起了不小的议论，只是建造航母的建议还只能静静停留在纸面上。

  到了80年代，中美军事交流日益密切。1980年5月15日，已经升任副总参谋长的率团访美，先后参观了小鹰号和突击者号航空母舰，这是他第一次真正见到这个传说中的“海上巨无霸”，当“海骑士”直升机载着飞离航母甲板时，他激情难抑，立誓明志：中国海军一定要拥有现代化的航母编队！

  但是整个80年代却是军队要忍耐的时代，大裁军和民的背景下，彭士禄也从潜艇核动力转向民用核电站领域，提出了大亚湾核电站的投资、进度、质量三大控制，写出了《关于广东核电站经济效益的汇报提纲》，为大亚湾核电站的上马打下了基础。任秦山二期核电站董事长时，提出“以我为主，中外合作”的方针，自主设计建造2台60万千瓦压水堆机组。彭士禄引领中国核事业发展实现了历史性跨越，是中国核动力领域当之无愧的开拓者和奠基者。1985年，彭士禄也终于为世人所知，作为中国第一代核潜艇第一主要完成人获国家科学技术进步特等奖。

  1986年切尔诺贝利严重核事故使世界核能的发展转入低谷，核安全问题凸显。在国家“863计划”支持下，留学德国归来的王大中带领团队，在清华大学开启了10兆瓦模块式球床高温气冷堆研发，明确了中国的第四代核反应堆高温气冷堆未来30年的技术发展路线，中国以固有安全为主要特征的先进核能技术从跟跑、并跑到领跑世界的成功之路由此奠定了基础。

  两年后的1988年爆发了中越南沙赤瓜礁海战，随后的1991年海湾战争，1993年银河号事件，1994年黄海对峙以及1996年，都让意识到：捍卫南沙主权需要航母，维护台海和平需要航母，保障海外权益需要航母！毋庸置疑，在“霍布斯丛林法则”主导的国际政治话语下，航母就是大国地位的“护身符”。美国总统里根曾不无得意地说：“航空母舰是国际政治的笔尖。”

  中国第一艘航空母舰终于在2010年岁末进行试航，在握别生命的十字路口，终于见证了中国航母下水的历史性时刻！而第三艘航母福建舰排水量达8.5万吨，配备了电磁弹射器、双波段雷达、综合射频集成桅杆等前沿技术，已达到了常规动力航母的顶配水平，和美国航母最大区别是没有采用核动力。

  相对于蒸汽轮机和燃气轮机，核动力航母无需排出高温废气，最大限度实现红外隐形，舰岛体积紧凑位置灵活，有利于最大限度优化飞行甲板布局，提高舰载机运作效率；同时航母尾流场较弱，也没有高温废气的紊流扰动，对着舰飞机的干扰较小。航母上精密的电子设备与舰载机不再遭受废气的腐蚀，地勤人员拥有更为清洁健康的工作环境。

  核动力航母连续30节高速航行一年也只消耗不到100千克铀，从美国本土部署到波斯湾只要20天，而常规航母要25天，要知道常规航母开足马力极度浪费燃料，比如美国小鹰级航母采用蒸汽轮机，满载时能携带8000吨自用燃油，4700吨航空燃油，1650吨弹药，航行4800海里可以不加油，但速度只限在20节。20节航速航行8600海里要消耗5000吨燃油，28节航速航行则耗油量翻倍，要消耗10000吨燃油。

  如果战机需要弹射起飞，不管是蒸汽弹射还是电磁弹射，航母都需要加速航行，尼米兹级核动力航母从10节加速到20节只要90秒，从10节加速到30节只要180秒，而蒸汽轮机热惯性巨大，航母从10节加速至20节要150秒，加速至30节需要1.5至2小时。

  即使不是全球部署，仅用于中国近海实现对美国航母的拒止，航母也需要在关键海域持续存在、长期机动，并需要频繁弹射战机起飞。常规动力航母在普通强度的海战环境，7天就能把燃油烧光，补给舰必须每4天进行一次海上补给，辽宁舰的燃油量等于2艘055加4艘052D之和的两倍，如果辽宁舰是核动力的，整个编队的燃油补给需求可以下降66%。

  所以早在2018年中国船舶重工集团就提出：加快实现核动力航母、新型核潜艇、安静型潜艇、水下无人智能对抗体系、水下立体攻防体系和海战场综合电子信息系统等攻关突破，增强基于网络信息体系的联合作战能力、全域作战能力，为海军2025年实现走向深蓝远海的战略转型提供高质量武器装备”。中船重工党组书记、董事长胡问鸣也表示：现在我们已能够自主地设计和建造任何型号的国产航母。

  同年在上海国际海事展上，中船重工首次对外展示了4类不同的核动力水面舰船：万吨海洋核动力平台、可潜式海洋核动力平台、核动力综合保障船、核动力破冰船。中国的民用核工业发展迅猛，中国在建造核动力航母的造船工业领域的技术积累以及软硬件设施已经有了深厚的积淀。

  我们可以从中得出结论：中国已经掌握了基本核心技术，在建造核动力航母上已经不存在技术障碍。

  尽管一段时期以来，国内对中国未来航母建造究竟是继续采用常规动力还是核动力一直有争议，甚至有比较激烈的争论，但美国对中国最终将选择走核动力大型航母之路似乎从来就没有怀疑过。因为美国海军一旦排除争议选择核动力航母方案，就毫无迟疑不惜耗费巨资，持续建造新的核动力航母。肯尼迪总统甚至给了海曼·里科弗一个“特许延长任期”，里科弗一直干到了1982年81岁时才退休。里科弗说过：美国海军要最好的军舰，我不相信什么效费比，我相信核动力就是比常规动力好，美国海军想要最好的，国会就要给钱，钱不是重要的，什么是最好的才是重要的。说核动力不好的，那不是战争思维。赢了战争才是关键，打不赢的都免谈，都是浪费。里科弗的理念无疑影响了整个美国海军，里根时代的海军部长约翰·莱曼在回忆录里这样写道：在我担任海军部长的6年里，我面临的每个问题，每场政策危机，作出的每个决策无不受到里科弗的理念影响。

  我们知道，目前全世界核电站、核潜艇和核动力航空母舰等使用的反应堆均以压水堆为主，占总数的64.6%。压水反应堆利用轻水作为冷却剂和中子慢化剂。其冷却系统由两个循环回路组成。一回路连接着堆芯和二回路中的蒸汽发生器，回路内压力保持在150个大气压左右，在此压力下可将一回路水加热至约343℃而不沸腾。一回路水在蒸汽发生器中将压力约为70个大气压的二回路水加热至260℃至沸腾，形成的水蒸气送至蒸汽轮机，推动螺旋桨运转。所以航母反应堆的热功率和轴功率是不同的概念，11万吨的福特级核动力航母用两台A1B新型反应堆，其热功率总值超过650兆瓦，转换出的最大轴输出功率为30万马力。

  从尼米兹级动力航母和海狼级核潜艇以后批次，美海军越来越强调用武器级铀235作为舰船反应堆的燃料，通过特殊工艺把铀渗透进锆合金中，制成片状燃料板，反应堆中还有大量的冷却剂和减速剂，不会发生快中子瞬间集中链式反应，没有核爆炸的危险，同时能实现越来越长的换料周期，提高出动效率。美国除早期对堆芯燃料技术开展过多路线尝试以外，后均统一了技术路线，构建形成了“板元件堆芯+回路型紧凑布置系统+饱和式蒸汽发生器+蒸汽稳压器”的压水堆。其船用反应堆堆芯体积功率密度均较低，基本都低于90兆瓦/立方米，虽从传统技术理念角度认为其堆芯体积较“庞大”，但通过适当降低其堆芯体积功率密度，十分有利于优化堆芯设计、提高堆芯燃耗寿期和热工安全裕量。而前苏联则形成了“棒元件堆芯+套管型紧凑布置系统+直流蒸汽发生器+氮气稳压器”的基本型反应堆，其反应堆堆芯功率密度很高，基本都超过100兆瓦/立方米，适合用于核潜艇，但却严重牺牲了堆芯寿期。

  中国的民用核工业发展迅猛，核潜艇已经发展到第三代。但是各种民用压水堆的功率密度，燃料丰度偏低，根本不能用于航母。而且中国核航母也不会直接移植09X系列核潜艇中任何一型反应堆，而是要开发专门的水面舰艇反应堆。航母吨位比核潜艇大得多，而且两者动力系统的体积也完全不同。潜艇必须采用高强度的耐压壳，而这个耐压壳的直径是相当有限的，因此核潜艇反应堆设计时必须牺牲功率等性能，满足体积的控制需求。比如美国的海狼级核潜艇，拥有在潜艇里极大的耐压壳直径，以美国80年代末期的技术水平，反应堆功率轴功率只有6.1万马力；而同时期的尼米兹航母，单个反应堆轴功率就有14万马力。

  这一点对于中国来说限制尤其大，中国战略核潜艇驼背构型的关键原因之一就是耐压壳直径做不上去，和潜射战略导弹的高度相差太大，只能用整流罩盖住形成驼背。耐压壳直接不够也意味着中国核潜艇反应堆的总功率必定偏小。要用小堆推大船，只能布置多个反应堆，代价是舰船的总体设计效率极低，空间和吨位占用巨大，而且可靠性差，尤其是在动力的合并传动环节，效率损失极大。美国第一艘核动力航母“企业”号用了8台A2W核潜艇的反应堆，总轴功率28万马力，尼米兹级航母只要两台专门为航母研发的A4W反应堆。而法国的戴高乐号航母没有堆积多个反应堆，只使用了2台核潜艇的K15反应堆，结果总轴功率只有8万马力，导致航母最大航速仅有27节，而且无法支持连续大批飞机的弹射所需蒸气。

  当然，航母不能直接使用潜艇的反应堆，并不代表两种反应堆之间的技术不能通用。实际上追溯美国航母反应堆的发展历史，最早也是根据潜艇反应堆放大、改进而来。美国新一代“福特”级航母采用的A1B型反应堆以及现役“尼米兹”级航母采用的A4W/A1G型反应堆，都是在美国核潜艇S5W型反应堆基础上加以放大并改进衍生出来的。所以中国核动力航母最保守的路线就是核潜艇压水堆的放大演进。

  但是中国核动力航母的推进方案还很可能选择远比美国更先进的第四代反应堆。我们知道，第一代核电基于军用核反应堆技术验证了核能发电的技术可行性；第二代核电对验证的机型实施了标准和批量化建设，全球绝大部分商业运营的机组都属于二代或二代改进型。第三代核电与二代原理相同，但进一步提升了安全性，主要机型有AP1000、EPR、国和一号、华龙一号等。第四代核电的提出始于20世纪90年代末，在这之前传统压水堆发生的事故约有20起，最大的危险在于如果冷却水主环路失灵，那么即使中子吸收棒被放到“全关”的位置，之前裂变产生的放射性元素仍然会继续裂变而产生过多的热量，最终会把整个炉心熔化掉，极高温的放射性金属熔浆有可能会烧穿反应炉的水泥地基而渗入地下水层，将大量危险的放射性同位素释放到外界。第四代反应堆旨在提升核电的经济性、安全性和可靠性以及防扩散和外部侵犯能力。主要包括超高温气冷堆、超临界水堆、气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆和熔盐堆六种堆型，目前我国布局了钠冷快堆、钍基熔盐堆和高温气冷堆三种堆型。

  钠冷快堆是以液态金属钠为冷却剂，主要由快中子引起核裂变并维持链式反应的反应堆，快堆堆芯中子的飞行速度是压水堆的千倍，所以有更多的剩余中子被铀-238俘获吸收，再经过两次衰变转变为钚-239。钠冷快堆具有功率密度高、固有安全性好、小型化性能好、全寿期不换料等优势。2010年我国首个钠冷快堆：中国实验快堆建成。2017年，福建霞浦钠冷快堆60万千瓦示范快堆工程开工。

  钍基熔盐堆使用比铀更丰富的钍作为燃料，钍不会自发裂变，需要使用中子轰击钍-232，使其吸收一个中子变成钍-233，由于钍-233易衰变，在β衰变后变成裂变材料铀-233，自此产生反应堆能量。核反应堆的一回路使用氟化盐作为介质，具备高温稳定性，进一步提高了反应堆的安全性和效率。经过二回路氟化盐冷却后，再传递给使用纯水或者二氧化碳作为介质的三回路，从三回路导出热量推动蒸汽轮机。但是熔盐堆丰度低，功率也偏低。参照23000TEU标准箱的雅克萨德号货船的轴功率为86000马力，中国公布的基于钍基熔盐堆的24000TEU级核动力大型集装箱船的轴功率预计为9万马力，而福特号航母的轴功率为30万马力，两者相去甚远。

  考虑到民用核反应堆的极限工况、抗损性能、体积重量、换燃料时间等关键指标，必然和军用核反应堆完全不一样，这中间必然会有大量长时间的测试和认证需要做，一般要二十年稳定运行后才能实现军用，所以钠冷快堆和钍基熔盐堆尚未稳定运行到开启商业化，更不太可能现阶段用于航母动力。

  而中国的高温气冷堆技术的研发工作，始于20世纪70年代后期，以王大中领导的清华大学核能与新能源技术研究院为主开展。1995年就完成了10兆瓦高温气冷实验堆HTR-10的建设，稳定运行17年后，在国家科技重大专项06专项的支持下，华能石岛湾200兆瓦级核电站示范工程于2012年12月底开工。至2023年12月，华能石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商业运行，四代核电技术全球首次实现商业化。

  高温气冷堆颠覆了传统压水堆，在诸多方面极具革命性。其使用石墨作为减速剂，燃料与减速剂石墨被铸造成一个整体，民用可以使用低浓缩铀作为燃料，军用为了保证堆芯功率密度也可以使用高浓缩铀，甚至可以使用钍燃料，实现钍-铀燃料循环。其堆芯采用耐1600℃高温的球形燃料元件，直径约6厘米的黑色圆球外面一层是厚约5毫米的石墨，里面包裹着约1.2万颗四层耐高温材料包覆的、直径0.9毫米的燃料颗粒。最后整个燃料球外面再包覆一层坚硬的碳化硅陶瓷层，防止石墨因互相摩擦而破裂。这种燃料球属于弥散型核燃料，在反应堆任何事故下均能保证包覆燃料颗粒的完整性不受影响，可有效防止放射性物质外泄。燃料球之间有大量间隙，在不需要任何应急冷却的情况下，反应堆都能够自然散热，从而消除堆芯熔化的可能性。所以高温气冷堆无需设置第三代轻水堆都有的严重事故管理规程，甚至可以取消厂外应急措施。

  弥散型核燃料还能轻松实现燃料补充的连续性，通过堆芯上方的装料机制不断向堆芯送料，堆芯下方的卸料机制出料，是唯一不需要停堆就能进行在线换料的反应堆。中国航母或潜艇采用高温气冷堆可以避开传统核动力舰艇更换核燃料的天坑。要知道“尼米兹”级航母所使用的A4W压水堆每24年必须更换燃料。一次换料大修时间根据美国海军的标准需要39个月，326.7万工作日，一般在航母服役的第23年开始实施，光是更换核燃料成本就高达15亿美金。在此期间，航母有长达3到4年的时间必须呆在船坞内，切割船体，拆除旧有的核反应堆，将新的核反应堆吊装进入船体等，航母的正常训练和执勤都受影响。由于核动力航母一生三分之一的时间都在维修换料，在航率比常规动力航母少5%。几经努力，2018年美国海军还是只实现了15%的航母部署率，甚至一个月中有22天没有航母岀海。传说福特级航母的反应堆可以直接用50年，一生都不用换料。但实际上福特级到2038年也是必须换料的。如果是核潜艇更换燃料，就必须破坏耐压壳，会让核潜艇的安全系数大大降低。所以美国才耗费巨资打造弗吉尼亚级核潜艇，号称达到了核燃料、反应堆壳体和艇体的寿命都是35年，潜艇全寿命期内都不用换料了。

  球床高温气冷堆中的球形燃料元件无需预设的冷却剂通道。惰性气体氦气作为冷却剂从堆芯上方注入，通过燃料球的间隙，自上而下的冷却堆芯。氦气化学性质稳定，中子截面小，氦不会对反应堆部件产生化学侵蚀，其密度和温度变化对反应性影响小，而且容易提纯净化、粘度小。更重要的属性是氦气的比热容大，氦气比热容是5193焦耳每千克摄氏度，而大家常认为水比热容最高，其比热容不过4186焦耳每千克摄氏度，在反应堆中氦气可以被加热到接近1000 ℃而不会产生任何化学变化，十分利于提高换能效率，热效率可轻易达到50%，远高于其他反应堆热效率33%。

  中国还实现了氦气透平直接循环，只有一个闭式布雷顿循环热力回路。高温高压氦气直接冲击涡轮机做功，涡轮机带动发电机发电或驱动螺旋桨，同时也带动压气机压缩氦气。涡轮机的尾气仍然大于500℃，经过回热器低压侧后将热量传输给高压侧氦气，然后进入预冷器降至低温。低温氦气进入带有中间冷却器的压气机组，然后被压缩成高压氦气。高压氦气经回热器高压侧后被加热至接近涡轮机的排气温度，然后再进入反应堆堆芯重复被加热过程。当然，预冷器和间冷器也完全能轻松实现额外的蒸汽循环，以满足航母船员生活对蒸汽和热水的需求。

  氦气透平直接循环打破了传统反应堆“烧开水”低下的热效率和轴动力效率，其发电能力相当于同等热功率压水堆发电能力的1.5倍。当然技术实现也极具挑战，例如：氦气轮机与反应堆耦合技术、氦气透平的研制、高效紧凑式换热器的研制、电磁轴承系统研制、高压动力贯穿件等，都是各所属学术领域前沿课题。包括美国在内的许多国家投入相当的人力物力进行研究开发，但都停留在研究设计阶段。而在10年前，王大中就带队在清华大学核研院昌平校区先进反应堆工程实验室中建设了世界上最大的氦风机综合试验平台。

  必须指出的是，中国高温气冷堆技术突破绝非一日之功，而是数十年的技术积累和对国外技术的消化吸收。通过几十年如一日的努力，中国完全掌握了高温气冷堆的关键技术，在陶瓷包覆颗粒球形燃料元件和电磁轴承主氦风机等方面更是实现全球首创。国际上类似团队的领军科学家曾感叹：先进核能项目能否成功不在于谁更聪明，而在于谁更能坚持。中国以不懈的“坚持”最终能够走到了世界前列，王大中始终如一的笃信和勇气无疑是目标达成的重要的条件。王大中因此获得2020年度国家最高科学技术奖。

  可以说在核电技术上我国处于世界领先位置，世界最强没有之一。当今的核电强国，如法国和德国已经放弃第四代核电的研发，美国自上个世纪三里岛核电站事故之后核电发展也陷于停滞，三十多年基本上没有再建设新的核电站，核电人才和工程实践实际上都已经断代，昔日的核电巨头西屋公司也卖给了东芝。日本更是爆发了切尔诺贝利灾难以来最严重的7级核事故：福岛第一核电站灾难。

  美国的福特级航母用的核反应堆也无需叹为观止，才不过第二代分体堆。中国几十年来都没有停止核电发展，依托民用核电的强大基础，军用核动力技术也取得巨大进步，外媒甚至报导早在2000年上半年，我国首座高温气冷核反应堆吊装潜艇成功，正是因为093型核潜艇要采用高温气冷堆，其研制才拖长了许多年。下一代中国航母将是在福建号的设计基础上“全面放大”而来，其标准排水量将达到比肩美国尼米兹级航母的十万吨水平，大概率会采用比美国更加领先的第四代反应堆。

  回望1982年12月19日，已经升任中国海军司令员的会见了退役访华的海曼·里科弗。这个傲慢的美国核动力海军之父对中国人能够在那么薄弱的工业基础上、完全依靠自己的力量搞出了核潜艇感到惊奇和怀疑，迫切想在有生之年参观中国的核潜艇，见到制造中国核潜艇的“真神”。但当时别说彭士禄的事迹，甚至连他的名字都鲜有人知。里科弗不无遗憾地说：“就像两颗彗星不相遇，你们的‘真神’没出来。”为了彻底消除美国的怀疑，1984年8月20日，美国海军部长莱曼一行在大连小平岛如愿参观了中国的核潜艇。

  让里科弗还未曾想到的是，这位比他年纪小16岁的“中国现代海军之父”，会打破他主导美国核潜艇和航母发展32年的历史纪录。从1961年受命组建舰艇研究院，到1998年退出军政高位，伴随中国海军核潜艇和航母的发展，走过了36载的艰辛历程。

  彭士禄自己曾说：有人说我是中国的核潜艇之父，可与美国核潜艇之父比肩，对此我绝不敢当，对我来说这是贪天之功，我不接受！2021年3月22日，彭士禄与世长辞，享年96岁，在中国第一艘核潜艇下水之地，彭士禄及其爱人马淑英的骨灰被放入大海。彭士禄为理想激情澎湃，一辈子为国家默默深潜，如同他的杰作无声无息，但蕴含巨大的能量。