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自从进入20世纪，能源的消耗量激增，特别是70年代爆发的“石油危机”更体现出人类对能源需求的这种日益紧迫的现状。我国也已由原油出口国变成了进口国，而且是目前唯一一个以原煤作为主要能源的国家。将煤、石油、天然气这些宝贵的不可再生的化工原料当作燃料燃烧掉，这本身就是一种潜在的巨大的资源浪费。因此，调整能源结构、寻找开发利用新能源迫在眉睫。

由质能方程可知，物质蕴含着巨大的静止能，通过核裂变与核聚变可以获得其中的一部分（一般小于1%），这部分能量是相应化学能的大约一百万倍。若能找到或制造出大量反物质，利用正反物质湮灭可得到几乎100%的静止能，然而寻找反物质前途渺茫，制造反物质又难以批量生产，因此对核能的利用目前比较现实的就是核裂变与核聚变。

最初实现的核反应是用加速器加速质子轰击原子核，由于库仑排斥，根本得不偿失，因此1937年，核物理之父卢瑟福逝世前曾说过，核物理只是纯粹的基础研究，很难有实际应用来源:https://www.yz66.net/xwzx/202501-3944.html。但1939年发现用中子轰击铀核可引发裂变，并能放出2到3个中子，从而产生连锁反应。这开辟了释放核能的途径来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-656.html。1945年，爆炸了第一颗原子弹，1954年苏联建成了第一座核电站，到1995年底，全世界已有33个国家有核电站432座，总发电能力34.0347万MW，目前核电已占世界耗电量的17%左右，而立陶宛占76.37%，法国占75.29%，比利时占55.77%。由此可见，核能的发展是相当迅速的。核能之所以能有如此迅速的发展，除能量巨大外，还有运输方便、地区适应性强、储量丰富等优点。1千克铀=3000吨煤，而且其污染远远小于火电站。

天然铀有两种同位素：U238(占99.3%)和U235(占0.7%)。当中子能量很高时，U238只有很少一部分裂变，低能中子不能使U238裂变，而是被大量吸收。因此U238不能产生连锁反应。采用慢化剂使中子减速到热中子以使大量U235裂变的反应堆称热中子反应堆，简称热堆。我国自行设计建造的第一座核电站---秦山核电站已于1991年建成，发电功率30万kW，1993年从法国引进的两座90万kW的核电站（建于广东大亚湾）也开始运行。U238不能直接作为核燃料，中子能量减少时会被U238强烈吸收后变成U239，U239经过两次β-衰变变成Pu239,而Pu239是裂变物质，可以做核燃料，这就是目前比较热门的增值反应堆，顾名思义就是核燃料会越烧越多。我国是一个缺铀国家，因此很有必要发展增值反应堆。U235裂变一次约产生2.5个中子，维持裂变反应只需要一个，其余可让U238吸收，可使核燃料增值。

快中子反应堆是用快中子来产生裂变，需要高浓缩的铀，但可以使燃料增值，而且最重要的是，它可以使天然铀的利用率从1%到2%提高到60%到70%，因此快堆被誉为“明天的核电站锅炉”，即第二代反应堆。1989年11月，清华大学核能技术研究院设计建造了一座5MW低温核供热反应堆，是世界上第一座安全性能好的压力壳式低温核供热堆，另一座20万KW的低温核供热堆已由清华大学设计完成，并将在大庆油田兴建。

1升水=300升汽油，这就是核聚变的威力，而且核聚变是一种绿色能源，几乎没有任何污染。若能找到一种可控核聚变装置，可以说，能源将是取之不尽用之不竭的。目前世界各国都在核聚变方面有很多投入。

实现可控核聚变比较先进的方式目前有两种：超导托卡马克装置和激光惯性约束。超导托卡马克即用超导体产生强磁场，用来约束等离子体，使之不能与器壁碰撞。同时产生环形电流将等离子体加热到1亿度，并维持足够长的时间，即可释放出聚变能。激光惯性约束即将一个装有氘、氚的靶丸用功率密度很高（10^14到10^16W/cm^2）的激光束或离子从四面八方照射靶丸，表面迅速气化形成反冲力使靶丸中心物质被压缩到很高的密度，同时产生很高的温度，导致微型热核爆炸，释放聚变能。我国核物理学家王淦昌于1964年提出依靠激光实现惯性约束的思想，但当时激光器刚刚诞生，还没有实用价值。经过多年努力，现已取得了重大进展。目前世界各国都在可控核聚变方面展开了激烈的竞争，我国也已将惯性约束引入863高科技项目中进行研究，相信聚变能走进我们的生活已为期不远了。

将一头大象放大一倍，结果会怎样呢？我们来分析一下。假设密度不变，体积显然变成了原来的三次方，因此体重变成了原来的三次方，但腿的截面积却仅变成原来的平方，这样，大象的腿就不能支撑身体的重量，被引力“压扁了”。同样，身体的其它部位由于无法适应这种变化，会导致大象无法正常生存。在这个例子里我们似乎看到，物体的尺度似乎并不简单，将物体简单的放大或缩小，它不会“适应新的环境”，或者说可能就会表现出一些未知的性质而不会遵从我们的日常经验了。我们可以想象，将物体的尺度减小到几个纳米到几百纳米，也就是说组成物体的颗粒中包含数目不是很惊人的原子时，这时物体会有什么新的性质呢？又会有什么应用呢？了解它们对我们的生活又能产生什么影响呢……

欲知后事如何，且看下回分解……

导

语

近期，美国家航空航天局（NASA）和能源部公布了月面反应堆电源项目的方案征集信息，计划2022年启动项目，2028年底完成地面样机和飞行样机研制。月面反应堆电源将为载人登月任务的月球表面基地提供能源支持，大幅提升宇航员在月球表面开展任务的能力，实现人类在月球表面的长期驻留。

一、项目背景

研制月面反应堆电源，是美国近年来力推载人登月背景下的一项重大举措。1969年 1972年，美国完成6次载人登月，此后，载人航天活动仅停留在国际空间站。21世纪初以来，美国每届政府都申明了载人登上月球、火星的远景目标。特朗普政府启动了“阿尔忒弥斯”计划，确定2024年为首次登月时间，还计划后续在月球建立基础设施，实现宇航员在月球表面长期作业，为未来载人火星任务做技术储备。

在月球、火星表面，因月夜、火星尘暴等因素，太阳能电池运行连续性受到严重限制，难以可靠支持宇航员长时间停留。在过去十多年的载人探月、探火规划中，美国一直将反应堆电源作为月球、火星等星体表面基地能源供应的首选，确定电源功率40千瓦。“阿尔忒弥斯”计划启动后，2019年，NASA决定将在2026年运行月面反应堆电源。时任总统特朗普2020年12月16日签署《有关太空核电源与核推进的国家战略总统备忘录》，将月面反应堆电源列为太空核系统的四项发展目标之一，示范运行时间调整到2027年。

二、基本情况

NASA和能源部此次向工业界发布方案征集信息，表明月面反应堆电源项目即将从筹备阶段进入实质性研发阶段，根据目前计划可在本世纪20年代末期发射。

设计目标。反应堆电源设计功率为40千瓦，可在月球环境下连续运行至少10年，能耐受发射和着陆的结构负荷；折叠后可装入直径4米、长6米的圆柱体空间内，总质量不超过6吨；可多次自动启动和关闭；可支持0 100%功率范围的用户负载，单点故障最小化并在发生故障后至少提供5千瓦电力输出；可在着陆器上运行或移动到其他地点运行。

实施计划。项目计划分两阶段进行：第一阶段开展研制方案规划和工程设计。NASA将在2022年初选择多家企业开展为期1年的工作，完成月面反应堆电源工程设计，详细拟定地面样机和飞行样机的研制计划。第二阶段开展地面样机和飞行样机研制。NASA将在第一阶段完成后再次通过方案征集，选择具有技术、价格优势的最佳企业，在2028年12月以前交付一台地面样机和一台经过鉴定的飞行样机。

三、研发意义

月面反应堆电源一旦研制成功，将成为太空能源应用的巨大突破，保障月球表面基地的长期可靠能源供应，支持宇航员在月球表面更长时间的深度 探索 ，推动太空反应堆电源技术进一步发展。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-775.html

（一）将是太空能源应用的一次巨大突破

核能用于太空领域，较太阳能、化学能等常规能源，具有不受太阳光照影响、能量密度高、使用寿期长等优势。美国使用太空核能装置始于1961年，但主要限于输出功率较小的放射性同位素电源，至今已在28个航天器装备了47个电源，输出功率都不超过几百瓦，保障了深空探测、火星和月球表面探测、人造卫星运行等任务，是美国太空探测的核心技术之一。

太空核反应堆电源可实现千瓦以上乃至兆瓦级的功率输出。美国在开发太空核反应堆电源方面经验丰富，但实际仅在1965年发射一次来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-557.html。该电源搭载在一颗人造卫星上，电功率仅有500瓦，运行了43天。此次研制月面反应堆电源，将是世界上首次将数十千瓦的核能装置用于太空领域，通过提升太空能源供应的功率水平、可靠性和持续性，开辟一系列全新的太空作业类型，占领新的太空技术制高点，推动人类进入持久开发和利用深空的新时代。

（二）将支持人类在月球表面长期驻留

美国上世纪的载人登月持续时间短、活动范围有限，在太空的持久驻留仅限于空间站上。“阿尔忒弥斯”计划下研制的月面反应堆电源，将成为美国月球表面基地的主要能源来源，可实现长时间可靠供电，保障月球表面的基础设施稳定运行。在电力有保障的前提下，结合发展就地资源利用技术，利用月球表面资源生产燃料、水、氧气、推进剂等，降低对地球补给的依赖，可让宇航员在月球表面居住、工作数月乃至数年，并利用车辆、可移动的居住平台、跳跃移动装置等，扩大开展作业的范围。

（三）将为更先进的太空反应堆电源奠定基础

更先进的太空反应堆电源将达到百千瓦至兆瓦以上的供电功率，用于星表基地，可支持更高水平的星体表面作业能力；用于航天器，可支持更先进载荷并实现核动力推进。但更大功率反应堆电源从研制到实现应用，需要克服大量技术挑战，尤其是需要解决高温运行的反应堆燃料、大功率和高效率能量转换、轻型热排放等关键技术。

月面反应堆电源作为美国近几十年来首个太空中运行的反应堆，将推动一系列关键技术首次实现应用，打通太空核反应堆发射、部署、运行、维护的全流程，并建立相关测试、制造能力，巩固相关研发生产供应链，为后续开发更大功率、更多用途的各种太空核反应堆电源奠定基础。

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来源 | 综合网站

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作者 | 许春阳 中核战略规划研究总院来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-536.html

编辑 | 赵霄

注：原文来源网络，文中观点不代表本公众号立场，相关建议仅供参考。 来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-326.html

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