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研制小型核动力发动机很困难吗?有什么合适的发展方案吗?

发布时间:2019-07-16 17:01 来源:未知 编辑:admin

  在能源消耗巨大,传统石化能源急需替代品的今天,小型核动力能源的确是一个诱人的选择。

  安全、清洁、高效的小型核动力发动机,将使人类在很长时间内拥有充足的能源,全球碳排放大大减少。

  核能源经过近70年的发展,虽然提出了各种概念,做过了很多实验,但到目前为止,从核电站到核潜艇、核航母仍然以传统的轻水反应堆为主流,核动力小型化的难度是非常大的。

  如果仅仅把体积做小,那并不困难。无论是将空气直接加热喷射出去的“冥王星”核动力巡航导弹,还是用核弹爆炸驱动飞行的“猎户座”飞船,它们的核动力装置都不大。但都有一个致命的问题,就是对地球环境非常不友好,不宜在大气层内使用。

  2002年,由13个国家和地区组成的“第四代核能系统国际论坛(GIF)”提出了6种第四代核反应堆系统,分别是:熔盐堆(MSR)、超高温堆(VHTR)、超临界水冷堆(SCWR)、气冷快堆(GFR)、铅冷快堆(LFR)和钠冷快堆(SFR)。

  其中熔盐反应堆(MSR) 是一种非常有前途的,能够小型化的核反应堆选择。它诞生于1946年的美国飞行器反应堆实验(ARE)。

  冷战时,美苏展开了疯狂的军备竞赛。美国率先在NB-36H轰炸机 ↓上开展核动力飞行实验,核动力装置便是熔盐反应堆。

  与用水做慢化剂、冷却剂的轻水反应堆不同,熔盐反应堆中是高温的熔盐混合物。它既是燃料又是冷却剂,核燃料均匀的融在其中。熔盐在管道里流动,将核燃料释放的热能带出,通过二级回路间接循环产生蒸汽,带动螺旋桨飞行。

  2、液态燃料,没有堆芯熔毁的风险。天然负反馈机制,反应堆温度过高时,链式反应能及时停止。

  4、熔盐冷却,不需要大量的水,可在干旱内陆地区运行,也可在飞机、坦克等没有大量水源供给的设备上使用。

  5、钍基熔盐堆的核废料不能生产钚,不能制造核武器,有效的防止了核扩散,成为民用核能的重大优势。当然,这也是它当初不受军方待见的原因。

  苏联也紧随美国,开始了代号图-119(图-95LAL)的核动力飞机实验。使用VVR-C核反应堆,通过间接循环带动2台NK-14A型核动力涡桨发动机,共进行了34次飞行。

  尽管采取了很多隔离屏蔽措施,但核动力飞机的辐射依然惊人,以至于驾驶舱要用厚厚的铅包裹起来。

  这种带着核反应堆的飞机,就是一颗飞行的脏弹,一旦出事将会造成巨大的环境灾难和人道问题,所以随着洲际导弹的兴起,核动力飞机就扔到一边了。熔盐堆的研究也随之停止,直到40多年后,人们才重新想起它。

  二、另一个具有良好前景的小型核动力装置,是热离子反应堆,也叫空间反应堆。

  它原本是美苏两国为卫星、宇宙空间站设计的核动力电源装置,它将反应堆的热能直接转化成电能,再用电驱动设备运转。

  热离子堆芯是95%的高浓缩铀,堆芯外有特种金属层,内层是钨(W),是热电子发射极;外侧是金属铌(Nb),是电子接收极;中间注入气态铯(Cs)。电子从钨极发射,到铌极接收形成电流。

  热离子反应堆不但在宇宙飞行器上广泛应用,在潜艇等深海潜航器上也有良好的前景。它体积小,重量轻,让潜艇潜航时间更长,更静音,隐蔽性更好,是常规潜艇、AIP潜艇、攻击核潜艇动力升级的上佳选择。

  只是热离子反应堆目前单堆功率还不够大,尚不能满足潜艇的高航速需求,而且热效率低,只有3~5%,还需要进一步完善。

  核聚变资源丰富,氘、氚从海水中提取即可。核聚变清洁环保,几乎没有辐射,废料也没有放射性,核聚变释放的能量也比裂变大得多。

  一旦聚变技术成熟,将使人类获得取之不尽,用之不竭的能源,彻底摆脱困扰,也是迈向宇宙必不可少的动力。不过可控核聚变技术距离成熟还需要相当长的时间。

  综上种种原因,核动力小型化还停留在实验阶段,还有很多困难。不过随着技术的发展,小型核动力终将担负大任,开启第二核纪元,帮助人类进入更美好的未来!

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