8月25日，从凤麟核集团获悉，由中国科学院院士吴宜灿牵头的国家重点研发计划“兆瓦级超小型液态金属冷却空间核反应堆电源”通过了科技部组织的项目综合绩效评价。

本项目围绕我国航天深空探测长寿命小型高功率需求，解决大功率空间能源供给与推进难题，提供固有安全、智能与自主控制、轻量化、长寿命的新型兆瓦级小型空间核反应堆电源创新实施路径，推动我国航天与核能技术的持续提高与创新，可为我国航天空间动力作出重要贡献。

也就是说，该项目成果形成了一套技术参数处于国际先进水平的兆瓦级锂冷空间核反应堆电源创新设计，建成了锂冷空间核反应堆非核集成原理样机，且各项指标达到了国际上同类装置的前列，甚至最高！

1、啥是核电宝？

核能作为一种清洁低碳能源，是各国解决能源问题的重要选择。但是，能源应用需求场景的多元化、灵活性，以及最重要的安全性一直是核电发展的固有痛点。凤麟核早在2015年就提出了新一代核能技术——核电宝的设计方案。核电宝是一种采用液态金属冷却的超小型可移动式先进核能系统，采用“从源头确保核安全”的设计理念，被认为是颠覆性技术。

车载核电宝发电功率可达1~10兆瓦，尺寸却只有集装箱大小，可以通过卡车等运输、机动部署。就像手机一样，核电宝也有mini版和plus版，mini版的核电宝可以作为空间电源，为深空探测、载人登月等航天任务提供支持；plus版的核电宝可作为舰船动力，为潜艇、大型船舶等提供动力。一个1 ~10兆瓦的典型型号，可以为1000到10000人的地区提供分布式电力。此外“核电宝”在同位素生产、海水淡化等方面也有诸多应用前景。

2、核电宝到底有什么特点？

首先，核电宝超安全。核电宝采用铅合金作为冷却剂，整个反应堆的运行压力环境与常规核电站不同：常规压水堆核电站采用水作为载热介质，为保证水在300℃以上运行不发生沸腾，常规核电站通常工作在120~160个大气压下，像个“超高压锅”；而核电宝由于铅合金的沸点高达上千度，在高温下仍然为液态，因此核电宝可工作在常压下，也就是你我平常生活的气压环境，这就降低了高压带来的危险性。我们不用担心高温时反应堆变成一口潜在危险的“高压锅”，有效避免了像日本福岛核电站那样发生氢气爆炸的恶性事故。

其次，核电宝超小型。核电宝之所以做得这么小，主要是采用了液态金属作为冷却剂，一方面液态金属的热导率是水的三十倍，可以更有效地带走堆芯热量，使得反应堆的冷却效率高，可以使体积做得更小；另一方面，核电宝系统组成简单，采用模块一体化制造，使得“核电宝”整个系统可以做到更小，为海陆空天等不同领域提供能源供应。

另外，核电宝超长效。众所周知，核反应堆利用核燃料中的235U裂变产生能量，当235U的总量消耗到一定程度之后，反应堆中的裂变无法继续进行，必须更换新燃料，这一过程称为一个换料周期。压水堆核电站的换料周期一般为12~18个月，而核电宝可以做到一次装料使用10年以上，为什么呢？原来核燃料里除了235U之外，还有一种核素——238U。核电宝通过巧妙设计，充分利用238U的增殖特性，将238U变废为宝，显著提高燃料的利用率，从而实现10年以上的换料周期。

3、兆瓦级锂冷空间核反应堆电源有什么用处？

自人类了解到宇宙的真相，就从未停止对地球之外的探索。而说起各种探测器，无论是月球车、火星车，还是空间站，映入脑海的几乎都是金色的太阳能电池板。似乎所有的太空探索，都必须利用太阳能发电。

然而，太阳能帆板发电效率有限，为持续提供电力只能不断增加面积。但这对于航天器需要精确到克的宝贵载荷来说，势必是一个沉重的负担。

就拿国际空间站来说，其巨大的太阳能帆板总计有262400个模组，总面积达2500平方米，单面阵列长达73米，超过波音777翼展。并且，极度依赖阳光发电的太阳能帆板，在远离太阳的深空探测任务中更是力有不逮。可既然太阳能硬不起来，我们又该靠什么走向深空？

其实早在几十年前，科学家就给出了答案！那就是核能。因为早在上世纪的美国和苏联的军备竞赛中，他们就已将核反应堆缩小，并造出了核动力飞机。

与此同时，在航天领域也开始利用核能提供电力。而最常见的太空核电源则是放射性同位素（如钚-238）热/电源，以及核反应堆电源。其中放射性电源都是通过衰变放热转换生产电能。

例如火星上美国的好奇号火星车，其放射性同位素电池就装在好奇号“屁股”上箱子里的白色圆柱体中。此外，月球上的嫦娥三号，也装载了这种放射性同位素电池，不同的是咱们使用了钚238作为原料。

但放射性同位素电池的功率还是太低，没有能力为空间站这样大一点的航天器，提供充足的电力。而这时候，就轮到核反应堆电源大显身手了。

追溯空间核反应堆电源的历史，早期类型有美国的SNAP-10A和苏联的BUK和TOPAZ。其中又以BUK反应堆最为成功，采用铀钼快堆，电功率约为3千瓦，使用液态金属作为冷却剂。并且1970年至1988年间，苏联共发射了32个携带BUK的海洋监视卫星。

此后在2015年，美国为巩固自己的太空霸权，NASA也正式立项，开展进行新一代液态金属冷却空间核反应堆“KiloPower”的研究。由此看来，苏俄同时将太空探索任务的未来，赌在了液态金属反应堆上，相必其一定存在过人之处。那么液态金属反应堆是个什么东西？

所谓液态金属反应堆，就是以液态金属为冷却剂。由于液态金属具有良好的导热性能，无辐射膨胀问题，芯部结构简单，因此可在高温低压下运行，从而大大降低发生事故的可能性。

此外，比起水冷反应堆，液态金属的更高温度也能更快地传递热量并产生蒸汽。因而使得它们拥有比传统核电站更高的输出功率。因此在输出功率相同的情况下，它们的尺寸和重量也更小，所以它们一开始时常被用在船舶和潜艇上。当然，液态金属反应堆同样适合放在空间站上，例如美国正在研制中的KiloPower。

KiloPower 以由 93% 的铀 235 和 7%的钼组成的钼铀(UMo)合金提供燃料。以充满液态钠的无源热管将反应堆堆芯热量传递给一个或多个自由活塞斯特林发动机。

再由该发动机产生往复运动以驱动线性发电机，进而输出千瓦级别电力。因此别看它体积仅有纸篓大小，但几台Kilopower即可为一座空间站提供所需电力供给。不过比起咱们国家正在研制的，兆瓦级锂冷空间核反应堆还是要差不少。

显然，从名字就能看出，这是一个使用液态金属锂作为冷却剂，且将能产生1兆瓦电力的液态金属冷却空间核反应堆！根据美国宇航局的估计，这足以维持相当于 10 个国际空间站的运行。可为我国载人登月、火星探索，甚至星表科考站等提供能源。

而且这也不是该项目第一次被披露，再加上近年来我国在航空航天领域取得了长足的进步，使得美国觉得自己的太空霸权受到了威胁。也怪不得美国宇航局预算和财务高级顾问，会在之前的一次政府听证会上表示：“包括中国在内的战略竞争对手正在积极投资包括核电和推进在内的广泛的太空技术。美国需要快速行动，以保持竞争力并维护在全球太空界的领导地位。”

文章来源： 科技修仙EScat，科学网，科工力量