核动力汽车有多难制造？

谈到核动力，不知有多少人和晓fire一样，感觉它是一种高大上的存在。平日里看到有关核动力的信息大多与军事相关，和民用扯得上关系可谓寥寥无几。那么，核能作为一种清洁、可持续的能源为什么不能像其它能源一样走进民间呢?比如说造一台核动力汽车?

核能是个暴脾气的家伙

与风能、太阳能这种些润物无声的能源相比，核能真的算是个暴脾气的主。从某种程度上来看，与普通的烧油、烧煤一样，核动力就好像是“燃烧”铀原子的动力。只不过铀原子的“燃烧”中(实际为链式反应)，一个原子核裂变的同时，又会放出2~3个中子，这些中子又会使其他铀原子裂变。更为可怕的是，这种反应速度之快让你难以想象，单次从捕获中子到分裂的发生，只在皮秒间(0.000000000001 秒)。

 

在如此的反应机制和反应速度下，不加控制的反应带来的威力大家都知道：核武器。日本广岛上空64kg的铀235，TNT当量就达到了15500t，相当于2000架满载炸弹的B-29轰炸机的轰炸效果。

看样子要想让核能这样的暴脾气来驱动汽车还要先控制好它。

容下暴脾气不容易

谈到核能控制，最好的例子莫过于现今已经发展的比较成熟的核电站了，通常来说，核反应堆的合理结构应该是：核燃料+慢化剂+热载体+控制设施+防护装置。接下来就让晓fire就带大家好好认识一下世界最有竞争力的核反应堆型是如何工作的。

压水堆原理图

整个堆型中主冷却剂回路(一回路)，冷却水作为冷却剂和慢化剂在150bar(1bar=100kPa)的压力下流过反应堆。冷却水可使产生的快中子减速变为慢中子，与此同时带出核裂变产生的热能。在反应堆的另一个回路(二回路)，产生的蒸汽可以推动涡轮发电机，把热能转化为电力。

当然，除了上面我们说的压水式核反应堆，还有重水堆、气冷堆和快速增殖堆等。不同的反应堆中，控制反应速度的慢化剂、冷却材料和燃料也不尽相同：

除了燃料、慢化剂和冷却材料外，控制核反应速率最为关键的莫过于中子吸收材料。就像前文提到的，核反应堆中产生的中子将会以几何级数的速率增长，如果不让它降降速，其结果很难想象，所以在堆芯中存在有一个控制棒来俘获中子。在这方面，硼酸水溶液、Ag-In-Cd合金、B4C等都是不错的选择。

当然，上面我们只是讨论了最为核心部分，一个真正能够安全运行的核电站结构应该是这个样子的：

SNUPPS反应堆

了解了核反应堆，相信你可以充分理解核反应装置的复杂性。要想把如此复杂的装置放在汽车上似乎还是有难度的。

除了装置复杂外，要想利用核能作为动力，反应装置的体积也不会小。之所以这样说是因为要想让上文提到的链式反应持续发生，燃料必须充足，而保持反应持续发生的核燃料质量下限往往被称作临界质量。对于铀235来说这一数值是50kg，而铀的密度是18.95g/cm^3，算下来仅燃料棒就有一桶2.5L装的可乐那么大，再加上其它装置，汽车要想装得下好像都不太容易。

当然，如果我们把汽车造的大一些这个问题似乎也可以勉强克服，可是即便这样，估计还是有不少人会犯嘀咕。毕竟，那是核能啊，安全可如何保证?

辐射是个大问题

提到核安全，最大的问题莫过于反应带来的核辐射和电磁辐射。历史上，核电站带来的灾难并不在少数。切尔诺贝利核事故、福岛核事故至今还不时被人们提起，而核泄漏的最大原因往往就出在防护材料的失效上。

福岛核电站泄露事故分析

为了确保防护材料能够抵御来自外部的撞击、腐蚀和内部引起的辐照损伤，防护材料往往会采用硼钢、重混凝土或铅。除了材料的选择有讲究外，其保护结构还需有一定的厚度，举例来说，HTR-PM高温气冷堆的堆内构件采用 750吨 40~135mm厚 12Cr2Mo1R钢板，其生产是在宝钢 5米厚板产线上进行的。试想如果汽车有了如此厚重的壳体，心会不会很累?有人做过预算，若用铅材料作为核动力汽车防护层总重预计将达到50吨，这是一个与坦克相当的重量了!看来要是想抵挡辐射的伤害，汽车就跑不动了。

当然，即便扛着厚重的防护外壳还是不能阻止汽车在车祸以及自燃情况下发生核泄漏。试想如果在道路湿滑的情况下，发生连环追尾这样的事情，瞬间就是数个微型核电站泄漏事故啊!所以，这种满街跑核弹的画面真有点不敢想。

当然除了上面提到结构、安全外，若核动力汽车变为现实并推广至民用，原料的开采、废料的回收等等也是极大的麻烦。

其实，早在上世纪50~60年代，美国和欧洲就已经提出了核动力汽车概念模型。其中离我们最近的一次是1962年，福特在西雅图世界博览会上发布的福特Seattle-ite 21。

除此之外，还有Studebaker-Packard 阿斯特拉、福特Nucleon、阿贝尔Symetric以及Simca等一票核动力概念车，但是最终都未付诸现实，也许上面提到的困难就是其搁浅的最大原因吧。

不过，在晓fire看来今天的不可能不代表未来。随着材料和技术的进步，核动力汽车满街跑也许真的能变为现实，就像今天的核动力航母与核动力潜艇一样。

不知在大家心中，核动力汽车离我们还有多远呢?

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