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废纸篓大小的核反应堆可为火星基地提供电能

2018-02-08 08:46新浪科技
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图中是艺术家描绘的布设在火星表面的“Kilopower”发电装置。

新浪科技讯 北京时间2月8日消息,据国外媒体报道,一小桶铀相当于一个咖啡罐大小,但是这种微型核反应堆具有屏蔽装置和探测器,整个设备不超过一个废纸篓大小。目前,这种小型核反应堆原型将在美国内华达州沙漠进行测试,这将为实现人类未来太空探索梦想更近一步。

太空核反应堆仅有废纸篓大小

这个项目叫做“Kilopower”,是美国宇航局和美国能源部的一个合资项目,它将成为自上世纪60年代“SNAP 10A项目”以来的首个太空核裂变反应堆。目前,这项原型仍在测试之中,它比过去几十年里进行的任何太空项目都更易实现。

Kilopower反应堆从设计上具有两个尺寸,一种是1千瓦模型,另一种是10千瓦模型。Kilopower反应堆项目主管帕特·麦克卢尔(Pat McClure)说:“人们烤面包大概需要1千瓦电能,在一个普通家庭中,平均每天会使用5千瓦电能,但是对于美国宇航局而言,这消耗了很大的能量。之前美国宇航局探测设备在太空环境下仅消耗几百至几千瓦电能,因此在太空中1千瓦或者10千瓦是一个很大的电量单位。”

美国宇航局“新视野号”探测器最大功率为240瓦,“好奇号”火星车的功率为120瓦,以上两个探测器都采用核动力电池,能够将自然衰变钚的热量转换为电能。但是钚的供应短缺,装配动力为1000或者10000瓦就是较大的进步,即使它与地球上的设备相比体积较小。不同于那些核动力电池,Kilopower系统形成一个裂变反应,将铀原子快速分裂释放能量,之后通过连接发动机将能量转变为电能。

麦克卢尔说:“传统轻水冷却反应堆能够制造一千兆瓦电能,它是Kilopower反应堆制造电能的100万倍,它的结构非常复杂,同时,从设计上能够充分利用燃料。”对于小型火星反应堆,燃料有效利用率会大幅降低,但是我们需要一个易于预测结果的反应堆,并且易于操作,事实上这种小型火星反应堆具有自控功能。这将降低在较大动力源上可能出现的事故可能性。

换句话讲,我们不会冒险在火星表面出现核事件。麦克卢尔说:“对于我们当前正在做的工作而言,融化燃料是非常困难的,我们的物理设计方法是反应堆会释放大量热量,因此我们没有进行降温处理,仅是辐射少量热量,反应堆将功率降低进行匹配。”

同时,这种小型核反应堆也可以在奇特的太空环境中操作,我们认为,太空环境非常寒冷,但是保持一个反应堆在真空环境中降温并非易事。在太空中没有空气或者流水,能够将发电机的热量进行转移。取而代之的是,这个系统依赖于8根热管,每根热管中盛满大约一汤匙钠,其沸点非常高。

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