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核能作为人类历史上的一项伟大发现,应用领域非常广泛,其中最常见的形式就是核能发电——核电提供了全球约10%的电力供应。核能能量密度高,1千克铀235全部裂变释放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧释放的能量,并且高效清洁。但我们所熟知的核电站占地面积大,有的相当于上百个足球场大小。其实,还有很多不同类型的核能应用与人们生活相关,“体型”更小的反应堆就是一类。下面就带您从陆、海、空、天不同维度来认识一些有趣的小型核反应堆。
有一类小型核反应堆被称为小型模块化反应堆。所谓模块化,指的是部件模块化建造。模块化出厂的部件可以使反应堆的建设如同搭积木,能大大缩短核设施的建造周期以及检修过程。更小的体积、更快的建设周期以及更简易的运行,使这种反应堆的灵活性得到极大提高。按照需要,这种小型反应堆可快速部署在偏远地区、海岛等地,提供电力、取暖、海水淡化、制氢等用途。
当反应堆的体积缩小至一定程度,还可用大型车载或船载,以实现移动化。其中最典型的是核动力航母与核动力潜艇上的核动力堆,核能提供的持久强劲动力可使其航行持续能力成数量级增加。1954年,世界上第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号建成,将凡尔纳的幻想变为现实,开启了核动力舰船发展的新纪元。如今,舰船小型反应堆的发展步入多功能民用时代,如俄罗斯KLT-40s型船舶用小型堆,不仅可为船舶提供动力、电力供应,还可进行海水淡化,甚至破冰等。其中,仅破冰这一项便极具商业前景。如果北极航路能够打通,船运航程将大为缩短,对我国发展具有重要战略意义。
在空、天领域的应用中,小型核反应堆同样大显身手。
上世纪的美国、苏联军备竞赛,将小型核反应堆的应用拓展到了核动力飞机。当时,美国改装了当时世界上最大的B36战略轰炸机,而苏联改装了图95M大型轰炸机,两者都装载了核动力装置,并进行了相应实验。但因实战性价比不足以及技术问题,该类研究没有深入进行。
而在航天领域,人类正在对小型化的核反应堆开展更多范围、更深层面的应用研究。首先是太空核电源。航天器上的电源多采用太阳能或化学能,无法完全满足深空探索的需要,只有核能可以胜任此任务。最常见的太空核电源为同位素(如钚-238)热/电源,以及核反应堆电源。同位素热/电源形式多样,都是通过衰变放热转换或产生电能。而空间反应堆电源较早的类型有美国的SNAP-10A和苏联的BUK和TOPAZ。其中,较成功的BUK反应堆电源采用铀钼快堆,电功率约为3千瓦,使用液态金属冷却。1970年至1988年间,苏联共发射了32个携带BUK的海洋监视卫星。2012年,美国洛斯阿拉莫斯实验室提出了Kilopower项目,用以开发新一代更加小型的空间反应堆。Kilopower采用铀-235堆芯,利用高效斯特林发动机转换输出千瓦级别电力,体积仅有纸篓大小,但几台Kilopower即可为一座空间站提供所需电力供给。
我们的目标是星辰大海,探索浩瀚宇宙,进入无垠深空,这其中少不了核动力推进器的一席之地。早期核动力推进以核热推进为主,利用核裂变释放能量加热工质,加热的工质高速喷出喷管产生推动力,如美国早期的NERVA,以及苏联的RD-0410发动机。但由于化学火箭可满足当时需求,热核推进技术一度得到搁置。
进入21世纪,为推进载人登陆火星任务,美国、欧盟及俄罗斯开展了大功率电推进技术研究,推出了核动力搭配电推进系统。它的工作原理是,利用核反应堆及热电转换系统产生电能,使工质电离化,产生带电粒子,在电场或电磁场作用下高速喷出喷管,产生反推力。与当前化学推进器相比,它的比冲提高了1个数量级以上。可见,核动力推进将帮助人类真正揭开星际远征时代。
此外,还有为人类健康保驾护航的医用同位素生产堆、各类研究堆以及探索阶段的聚变堆等。随着时代发展以及科技工作者们的不懈努力,相信核能将在陆、海、空、天有更为广阔的应用,更好地为人类服务。
(作者系中国核科技信息与经济研究院工程师)
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近日,随着“高温气冷堆核电站示范工程建设”国家科技重大专项课题通过国家能源局组织的综合绩效评价。华能牵头实施的国家科技重大专项25项课题全部通过验收。华能石岛湾高温气冷堆示范工程是我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项,也是全球首座投入商业运行的第四代核电站。为推动工程建设、设
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近日,生态环境部、国家统计局、国家能源局联合发布了2023年电力碳足迹因子数据。中国核电旗下核电运行研究院在其中开展《温室气体产品碳足迹量化方法与要求核能发电》标准文件起草和核能发电碳足迹因子计算工作,助力碳足迹管理体系建设。核能发电碳足迹因子是全国电力碳足迹因子的重要组成部分,核电
近日,国际原子能机构总干事拉斐尔·格罗西在《联合国气候变化框架公约》第二十九次缔约方大会期间接受德国媒体采访时表示,德国重启核能发电是“合乎逻辑且理性的”。德国最大反对党基督教民主联盟也呼吁重启核电,引起多方激辩。德国去年正式关闭该国最后三座核电站。如今,重启核电又在德国成为热议
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据南非商业科技网站12月12日报道,南非能源监管机构(Nersa)已批准该国额外采购2500兆瓦核能发电容量,以应对轮流停电,预计第一台机组将于2032/2033年投入运行。南非总统府电力部长拉莫豪帕表示,伴随国家电力公司(Eskom)机组老化,南非急需额外的发电能力,而核能发电是最便宜、最安全和最可靠的
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2022年8月30日,韩国产业通商资源部(MOTIE)发布一项展望未来15年的长期能源规划草案。草案指出,到2030年,核电在韩国电力结构中的占比将达到1/3。2022年7月,韩国政府制定了一项能源政策,旨在到2030年将核电份额维持在至少30%。同时,该政策还呼吁重启新荷娜(ShinHanul)3、4号机组建设,并定下到
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