近日,，美國媒體稱,國防部長辦公室 (OSD) 已為一個(gè)名為貝利（Pele）的科研項(xiàng)目申請(qǐng)了6000萬美元，該項(xiàng)目旨在開發(fā)一種新型可移動(dòng)核反應(yīng)堆,，為美國國防部 (DOD) 各種任務(wù)提供高輸出的電力支持,，并且能夠進(jìn)行更機(jī)動(dòng)的彈性部署。這個(gè)可以被視為大號(hào)核動(dòng)力“充電寶”的東西,，到底是美國國防部異想天開的搞笑發(fā)明,，還是確實(shí)有可能成為現(xiàn)實(shí)的未來黑科技呢?
現(xiàn)在要解答這個(gè)項(xiàng)目到底能否實(shí)現(xiàn)恐怕還為時(shí)過早。根據(jù)美國國防部公布的文件,，當(dāng)前階段的6000萬美元預(yù)算主要用于研發(fā)一種名為三結(jié)構(gòu)同位素 (TRISO)的核燃料,。在現(xiàn)階段的研發(fā)中，并不會(huì)制造這一移動(dòng)核反應(yīng)堆的樣機(jī),。也就是說,，根據(jù)預(yù)算來看，2022年結(jié)束前,，我們都看不到這個(gè)核動(dòng)力“充電寶”的實(shí)物,。
然而，縱觀整個(gè)項(xiàng)目,，最有技術(shù)含量的其實(shí)就是新型核燃料,。因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目要求產(chǎn)品能夠機(jī)動(dòng)部署，并且只需要一輛載重卡車就能拉著核反應(yīng)堆“滿街跑”,。這個(gè)反應(yīng)堆必須能夠塞進(jìn)一個(gè)貨柜那么大的承載艙之中,，以滿足大部分公路的使用規(guī)范。要達(dá)到這個(gè)重量和體積,，要求核反應(yīng)堆不能使用笨重的水泥-石墨結(jié)構(gòu)屏蔽保護(hù)層和水冷裝置來降溫,。
當(dāng)然，在沒有水泥-石墨保護(hù)層和水冷裝置的情況下,，這款核反應(yīng)堆還必須能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn),，甚至遭到敵方的攻擊也不能出現(xiàn)核泄漏，這顯然是非常高的要求,，如果成功,，那核動(dòng)力的安全性可以說是突破性的。
在過去的兩次七級(jí)重大核事故——福島和切爾諾貝利事件——中,，都是由于降溫系統(tǒng)出現(xiàn)紕漏,，導(dǎo)致堆芯過熱融化，而保護(hù)層也因?yàn)楸ɑ蛘叩卣鸪霈F(xiàn)裂痕,，最終造成了災(zāi)難性的場面,。由此可見，核事故最關(guān)鍵的問題就兩個(gè)：保護(hù)層是否具有完整保護(hù)效果,，散熱系統(tǒng)是否能夠保證有效散熱,。
從原理上來看,，核動(dòng)力其實(shí)跟燒煤差不多，所謂核燃料就是“煤塊”經(jīng)核裂變產(chǎn)生熱量,，從而通過熱交換來發(fā)電,。過去核電廠在發(fā)電過程中的溫度控制，首先是通過增減核燃料棒的數(shù)量來實(shí)現(xiàn),，用通俗的話來說就是,，火小了加煤，火大了減煤,。除此之外,，借助水冷可以實(shí)現(xiàn)熱交換，還可以帶走大量的熱量實(shí)現(xiàn)降溫,，這就跟水開了加涼水道理一樣,。
所謂核電站的安全性，其實(shí)主要依賴各部分的傳感器正常運(yùn)作,，需要各種機(jī)械手段,，如增減燃料棒的機(jī)械手或者加速水流的水泵等等。核電廠安全其實(shí)就靠增加這些機(jī)械設(shè)備和提升它們的可靠性來實(shí)現(xiàn),。與此同時(shí),，還需要非常厚實(shí)的屏蔽層來隔絕放射性物質(zhì)。
當(dāng)然,，從福島核電站的情況來看,，如果遭遇重大自然災(zāi)害，人類設(shè)計(jì)的重重安全措施都可能被大自然的力量所摧毀,，即便是沒有切爾諾貝利事件中的人為操作失誤,，也可能造成嚴(yán)重后果。這也是各國對(duì)發(fā)展核電都非常謹(jǐn)慎的原因,，畢竟“天有不測風(fēng)云”,，人為操作失誤也很難完全避免，一旦出現(xiàn)重大事故,，后果實(shí)在太過嚴(yán)重,。
然而，核動(dòng)力“充電寶”這種聽起來很科幻的技術(shù),，有可能在可見的將來實(shí)現(xiàn)嗎,？可能性似乎非常大。美國在此次項(xiàng)目中要研發(fā)的TRISO核燃料,，實(shí)際上是一種技術(shù)已經(jīng)非常成熟的最新安全核燃料,。TRISO確實(shí)是個(gè)從根本上解決核事故問題的路徑,。這款核燃料的革命性技術(shù)是分裝工藝,。
過去的核燃料棒需要通過一個(gè)外置的屏蔽層來隔絕放射性,，所以每次更換核燃料都非常麻煩。然而TRISO燃料其實(shí)是個(gè)自帶屏蔽層的燃料,，就是把粒子狀的鈾,、碳和氧組合在一起，并且使用碳基陶瓷材料包裹起來,，然后再把這些已經(jīng)封裝好的粒子壓制成球狀物體,，成為一個(gè)單獨(dú)的燃料球。換句話說,，每一個(gè)放射性粒子外面自帶一圈屏蔽層,，千千萬萬個(gè)這種已經(jīng)保護(hù)好的粒子組成一個(gè)燃料球。這個(gè)燃料球最終沒有任何放射性,，即便把球炸開,，散落的一個(gè)個(gè)粒子仍舊在保護(hù)之下。
這確實(shí)從根本上解決了安全問題,，因?yàn)槌橇Ｗ拥谋Ｗo(hù)層被同時(shí)摧毀,，否則根本不可能出現(xiàn)福島或者切爾諾貝利那種連鎖且無法控制的核災(zāi)難。這個(gè)技術(shù)帶來的另一個(gè)好處就是完全可以用空氣降溫,，因?yàn)楹巳剂锨驔]有輻射,，只是一個(gè)會(huì)自動(dòng)發(fā)熱的金屬球體而已，這當(dāng)然會(huì)極大地減少整個(gè)反應(yīng)堆的體積,，讓車載成為可能,。
這種技術(shù)的原理其實(shí)并不復(fù)雜。實(shí)際上,，早在1960年代就有人提出關(guān)于它的構(gòu)想,，只是當(dāng)時(shí)的加工工藝不行，因此在很長一段時(shí)間內(nèi)TRISO燃料難以生產(chǎn),，且成本昂貴,。2015年，美國能源部提出了新的能源戰(zhàn)略,，其中就包括加強(qiáng)核動(dòng)力技術(shù)投資,。
一家名為X-Energy 的美國中小型企業(yè)由于長期專注于安全核燃料的技術(shù)開發(fā)，通過政府資助開發(fā)出新的TRISO 封裝工藝產(chǎn)品,，被稱為TRISO-X,。X-Energy 聲稱，TRISO-X是最安全的核燃料之一,，且制造成本和生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用的可能,。
美國國防部希望X-Energy的制造工藝技術(shù)能夠提供給其他合作伙伴使用，用于生產(chǎn)更多的TRISO燃料，并且進(jìn)一步改進(jìn)其安全性,。除此之外,，如何小型化核反應(yīng)堆并實(shí)現(xiàn)快速部署，也是要解決的關(guān)鍵問題,。
貝利項(xiàng)目希望開發(fā)一個(gè) 1 - 5兆瓦輸出的反應(yīng)堆,，該反應(yīng)堆可以滿功率運(yùn)行三年。此外,，反應(yīng)堆必須設(shè)計(jì)為在交付后3天內(nèi)運(yùn)行,，并能在7天內(nèi)斷電運(yùn)走。從發(fā)電功率來看,，這款移動(dòng)反應(yīng)堆并不大,，因?yàn)楹藵撏褂玫暮朔磻?yīng)堆一般都超過200兆瓦。然而這樣一臺(tái)反應(yīng)堆已經(jīng)可以為4000人左右的小鎮(zhèn)供應(yīng)一年電力,，并且能讓一個(gè)旅級(jí)規(guī)模的作戰(zhàn)部隊(duì)減少一半左右的燃油需求,。除此之外，這款核動(dòng)力裝置有望直接裝在空天飛機(jī)上,，幫助其實(shí)現(xiàn)幾乎永久的空中飛行動(dòng)力,。
由此看來，這款核動(dòng)力“充電寶”在未來實(shí)現(xiàn)的可能還是相當(dāng)大的,，畢竟關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟階段,。
