2021年10月15日，前SpaceX工程師組成的團(tuán)隊(duì)稱正在開發(fā)“世界上第一個(gè)便攜式零排放電源”，它可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電，還可以在人口稠密地區(qū)快速部署的核電站系統(tǒng)。

原本是為太空殖民的創(chuàng)意：結(jié)果還用于能源短缺！

這些工程師成立了一家名為Radiant的公司，目的是開發(fā)便攜式核反應(yīng)堆，輸出功率超過1兆瓦（1000千瓦），Radiant的工程師聲稱，這個(gè)便攜式的核反應(yīng)堆能為1000戶家庭供電長達(dá)8年。

盡管號(hào)稱為便攜式，但它的大小依然和一個(gè)集裝箱差不多，不過這個(gè)級(jí)別的核電站可以通過空運(yùn)、海運(yùn)以及公路運(yùn)輸輕松到達(dá)有人聚居的區(qū)域，并且為這些社區(qū)帶來不排放二氧化碳的清潔能源，從而減少對(duì)石化燃料的依賴，達(dá)到減排的目的。

Radiant的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Doug Bernauer是前SpaceX工程師，他在SpaceX工作期間就在研究火星上使用的核反應(yīng)堆，在此期間，他突然意識(shí)到這種都能運(yùn)輸?shù)交鹦巧系暮朔磻?yīng)堆，為何不用在地球上呢？

因?yàn)榈厍蛏线€有很多電力難以到達(dá)的社區(qū)，以及科學(xué)考察基地也需要強(qiáng)大且持久的電源，甚至還有很多因?yàn)樗疄?zāi)或者地震等原因造成供電中斷的地區(qū)以及軍事行動(dòng)時(shí)需要快速部署的電力等等。

這種核電站到底什么原理，為何那么小，為什么我國不大力推廣？

到現(xiàn)在為止，核電站仍然特指核裂變電站，它利用的重核裂變的方式釋放能量，一般的可裂變物質(zhì)為鈾-235，或者钚-239，也有用釷-232的核反應(yīng)堆，但在當(dāng)前情況下仍然難以商用。

核電站的結(jié)構(gòu)組成

核電站用的都是放射性裂變元素，利用中子轟擊后產(chǎn)生的裂變釋放能量，在裂變的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生2-3個(gè)快中子，需要減速成慢中子才能繼續(xù)下一次裂變，因此減速劑的不同就會(huì)存在輕水反應(yīng)堆（減速劑用水），重水反應(yīng)堆（減速劑為重水）。

輕水反應(yīng)堆一般都是沸水堆，將水燒開后直接分離出蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)工作，這種堆型結(jié)構(gòu)簡單，只有一次回路，但高壓蒸汽回路帶有放射性。

重水堆則是重水作為減速劑，但重水不作為冷卻劑，而是有冷卻管道通入反應(yīng)堆內(nèi)部帶走熱量燒水，再推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

除了這兩中結(jié)構(gòu)外，還有高溫鈉堆，也有釷基熔鹽堆等等，但無論哪種都是有核反應(yīng)堆、減速劑、壓力外殼、熱交換器以及汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等龐大的結(jié)構(gòu)，因此核電站不會(huì)小，要小型化核電站，很難，除非是熱電或者直接衰變電子的核電池，那個(gè)功率低，利用率也不高。

微型核電站究竟是什么原理

據(jù)Radiant官網(wǎng)上介紹，這種能裝進(jìn)集裝箱的微型核電站使用的是球形化的核燃料以及氦作為冷卻劑，聽上去就是高溫氣冷堆，也就氦冷卻的核反應(yīng)堆。

這種核反應(yīng)堆可以用低濃縮鈾或者高濃縮鈾作為燃料，將燃料制成6.7厘米直徑的球狀，并且包裹石墨，外層再包裹一層碳化硅陶瓷，石墨作為減速劑，陶瓷作為防止碰撞產(chǎn)生粉末。

這個(gè)燃料球強(qiáng)度很高，十幾米的高度掉下來也不會(huì)破裂，并且非常耐高溫，可達(dá)1600℃，熱容量大，即使控制裝置失效，這種燃料球床反應(yīng)堆也很難導(dǎo)致堆芯熔化，相當(dāng)安全。

冷卻劑則為氦氣，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，中子截面小，不會(huì)對(duì)反應(yīng)堆部件產(chǎn)生化學(xué)侵蝕，密度、溫度變化對(duì)反應(yīng)性影響小，容易提純凈化，粘度小，質(zhì)量比熱容大，但氦氣密度小，需要比較高的壓里下才能達(dá)到對(duì)燃料求的散熱效果，因此外殼也需要比較厚。

另一個(gè)則是高溫氣冷堆的氦氣還是會(huì)被交換出來燒水，氦氣與固體表面的熱交換特性比較差，它需要比較大的換熱面積才能“燒水”，因此從這個(gè)角度來看，高溫氣冷堆體積一定消不了。

那么它究竟是如何把體積做小的呢？

Radiant官網(wǎng)卻沒有介紹，這個(gè)就成了個(gè)大難題，難道用的是高溫膨脹的氦氣直接推動(dòng)汽輪機(jī)，但問題是這種高溫氦氣上千度，似乎還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)溫度，因此這理論上倒也是可行。

不過各位要是了解Radiant的微型核反應(yīng)堆熱交換驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)過程的，不妨留言了解下，畢竟再加上燒水這個(gè)過程的話，似乎核反應(yīng)堆實(shí)在是難以裝到集裝箱內(nèi)。

如此優(yōu)秀的核反應(yīng)堆，為何我國還不大力推廣？

高溫氣冷堆看上去確實(shí)非常優(yōu)秀，但也存在一些比較麻煩的問題，比如為保證燃料裂變時(shí)釋放的中子能撞上下一個(gè)原子裂變，這種燃料的濃度不能太低，但為了保證不融堆又不能太高。

因此推廣長期運(yùn)行后，產(chǎn)生的核廢料數(shù)量可能會(huì)非常感人（外部包裹了厚厚一層石墨和碳化硅，燃料只增3%體積，使它體積大增），另一個(gè)問題是這種燃料的濃度達(dá)到了9%，這種濃度的燃料如果處在沒有安?？刂频臒o人值守核電站中，被破壞取出堆芯，甚至可以直接加工成臟彈，這絕對(duì)是個(gè)非常嚴(yán)重的問題。

燃料球在堆芯中隨著氣流浮動(dòng)，難以控制均勻散熱的問題，造成局部受熱過高，燃耗高，功率下降，熱流體不穩(wěn)定等各種問題。

我國的核電開發(fā)計(jì)劃正在有序地展開，對(duì)于這種激進(jìn)的核電直接進(jìn)社區(qū)計(jì)劃有點(diǎn)不太適應(yīng)，不過小型化核電并非一定要在地球上用，SpaceX的目的不是在火星上用么，這還真是個(gè)不錯(cuò)的主意，而我們的高溫氣冷核反應(yīng)堆技術(shù)還走在世界前列。