近日，美國媒體稱,國防部長辦公室 (OSD) 已為一個名為貝利（Pele）的科研項目申請了6000萬美元，該項目旨在開發(fā)一種新型可移動核反應(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)行更機動的彈性部署。這個可以被視為大號核動力“充電寶”的東西，到底是美國國防部異想天開的搞笑發(fā)明，還是確實有可能成為現(xiàn)實的未來黑科技呢?
現(xiàn)在要解答這個項目到底能否實現(xiàn)恐怕還為時過早。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，并不會制造這一移動核反應(yīng)堆的樣機。也就是說，根據(jù)預(yù)算來看，2022年結(jié)束前，我們都看不到這個核動力“充電寶”的實物。
然而，縱觀整個項目，最有技術(shù)含量的其實就是新型核燃料。因為這個項目要求產(chǎn)品能夠機動部署，并且只需要一輛載重卡車就能拉著核反應(yīng)堆“滿街跑”。這個反應(yīng)堆必須能夠塞進(jìn)一個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，那核動力的安全性可以說是突破性的。
在過去的兩次七級重大核事故——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)層也因為爆炸或者地震出現(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：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，核動力其實跟燒煤差不多，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，借助水冷可以實現(xiàn)熱交換，還可以帶走大量的熱量實現(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，其實主要依賴各部分的傳感器正常運作，需要各種機械手段，如增減燃料棒的機械手或者加速水流的水泵等等。核電廠安全其實就靠增加這些機械設(shè)備和提升它們的可靠性來實現(xiàn)。與此同時，還需要非常厚實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，后果實在太過嚴(yán)重。
然而，核動力“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現(xiàn)嗎？可能性似乎非常大。美國在此次項目中要研發(fā)的TRISO核燃料，實際上是一種技術(shù)已經(jīng)非常成熟的最新安全核燃料。TRISO確實是個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燃料其實是個自帶屏蔽層的燃料，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，成為一個單獨的燃料球。換句話說，每一個放射性粒子外面自帶一圈屏蔽層，千千萬萬個這種已經(jīng)保護(hù)好的粒子組成一個燃料球。這個燃料球最終沒有任何放射性，即便把球炸開，散落的一個個粒子仍舊在保護(hù)之下。
這確實從根本上解決了安全問題，因為除非粒子的保護(hù)層被同時摧毀，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。這個技術(shù)帶來的另一個好處就是完全可以用空氣降溫，因為核燃料球沒有輻射，只是一個會自動發(fā)熱的金屬球體而已，這當(dāng)然會極大地減少整個反應(yīng)堆的體積，讓車載成為可能。
這種技術(shù)的原理其實并不復(fù)雜。實際上，早在1960年代就有人提出關(guān)于它的構(gòu)想，只是當(dāng)時的加工工藝不行，因此在很長一段時間內(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，其中就包括加強核動力技術(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)堆并實現(xiàn)快速部署，也是要解決的關(guān)鍵問題。
貝利項目希望開發(fā)一個 1 - 5兆瓦輸出的反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆可以滿功率運行三年。此外，反應(yīng)堆必須設(shè)計為在交付后3天內(nèi)運行，并能在7天內(nèi)斷電運走。從發(fā)電功率來看，這款移動反應(yīng)堆并不大，因為核潛艇使用的核反應(yīng)堆一般都超過200兆瓦。然而這樣一臺反應(yīng)堆已經(jīng)可以為4000人左右的小鎮(zhèn)供應(yīng)一年電力，并且能讓一個旅級規(guī)模的作戰(zhàn)部隊減少一半左右的燃油需求。除此之外，這款核動力裝置有望直接裝在空天飛機上，幫助其實現(xiàn)幾乎永久的空中飛行動力。
由此看來，這款核動力“充電寶”在未來實現(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。
