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NASA迷你核反应炉 将推动能源革命

 1_teng 2018-01-27

      (综合报导)美国航太总署(NASA)在1月18日於罗斯阿拉莫斯国家实验室 (Los Alamos National Lavoratory)的核能博物馆里召开记者会,正式介绍研发多年的「千瓦动力」(Kilopower)核子反应炉,据NASA表示,别小看这种反应炉功率不大,它非常安全,应用泛围很广,从太空旅行到登陆火星,或者是小岛与小社区的供电都可以应用,将是新的核能革命。
下一个大未来(next big future)报导,千瓦动力反应炉是一种安全至上的的微型核子反应炉,整个大小只有小垃圾桶那麽大(直径15公分、高度30公分),它目前正在进行全功率运行测试,预计将在本月和未来两个月完成。
事实上,千瓦动力并不是最早的全自动无人看顾的核反应炉设计案,然而千瓦动力采用现有的核燃料(U-235)、制造能力、测试设施、核安全专业知识,所以它的性能可以被完全掌握,也就是NASA能够对它的安全性相当有自信的原因。

未来行星探测船安装千瓦动力的想象图。(图/NASA)
据报导,目前正在测试的千瓦动力有2具、2种尺寸,一种是1千瓦的超小型,另一种是功率达到1万千瓦的中型。要是这套核能技术表现良好,还有放大版本的「百万动力」(Megapower),或者更大功率也可以。不过目前航太总署专注在现有的1千瓦与1万瓦,他们计画将来10年内,会使用5具1万千瓦的版本,进行火星探险任务。
千瓦动力的整个系统外表像是个雨伞,最底部是直径15公分、高度30公分的反应炉段,是以铀、钼混合的金属化核燃料,之上是氧化铍的中子反射器,可以增强核反应,铀燃料的使用量可以进一步减少,而这整组的反应炉核心,是由氢化锂与钨合金所制成的外壳,可以有效隔离辐射量。而核反应产生的热能是由海因斯230合金(镍铬钼钨合金,具有优异的高温强度和抗氧化性能)制成的热交换管,以液体金属钠来做热循环,最上方是钛合金与水热管制成的散热器,接上史特林交流发电机即可发电。
NASA对千瓦动力的解说。
整组系统由完善的物理学来自然控制,不需要人为操作即可安全地自行运作很多年。
NASA在现在以记者会的方式介绍千瓦动力,主要是为他们下阶段的百万动力来铺路与争取预算。NASA指出,他们设的的2百万瓦动力系统,预计总重约35公吨,仍比现有的核反炉要来的小,甚至可以通过空运和高速公路运输。整个开发成本在1.4亿美元到3.25亿美元之间。世界核能新闻(world-nuclear-news)报导,迷你反应炉的名称叫做「千瓦动力」(Kilopower),就是依照它的功率命名的,它使用低浓度固体铀235为燃料(7%)、钠金属循环传热管为热交换器,利用高效史特林引擎推动交流发动机转换成电力。
由於体积与功率很小,所以核反应後的多余生成物也不多,大约运作15年只会出现0.12%,而且辐射污染量也低到可以忽略不计。同样是「千瓦动力」的研究人员,罗斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)的负责人派翠克.麦克鲁尔(Patrick McClure)说:「这是我们第一回研究太空用的核反应炉,太空反应炉必须提供稳定、高能的电力,使太空船能够在没有太阳能的情况下运作,并且还要适应极端恶劣的环境下,比如火星表面。」
虽然有些政治力量在抗拒核能,但是在太空研究领域却几乎没有废核过,毕竟太空任务需要可靠的、持久的动力源,既可以在太空中进行推进,又可以为实验装备提供动力。目前太空用的核能主要是放射性同位素热电发电机(RTG),简称核能电池,它是以钸238衰变产生的热能来发电的,早就已经被广泛用於远距离行星探测器的动力来源,比如先锋号、航海家号、伽利略号、卡西尼号、新视野号,与现在火星上到处跑的好奇号。然而,核电池的原材料钸238是核子武器制作的副产品,随着美国停止生产核弹,钸238也就不再增加,目前航太总署只剩几十公斤,大概再几次卡西尼号等级的太空任务就会把钸238全都用尽。
因此航太总署太空技术委员会能源开发组的李伊.梅森(Lee Mason)说:「我们开发千瓦动力也是为将来的太空任务,找到一种比核能电池更好的选择,核能电池只能供应几百瓦的电量,但是我们将来要去火星探险,则需要更大的电力。我还希望千瓦动力只是第一步,将来可以演化成数百千瓦、甚至是数百万千瓦的电力系统,提供给永久型太空基地使用。」

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