[原创]核反应堆小型化、微型化的方案构想


在众多类型能源中核能可谓独树一帜,它具有极高的能量,同时燃料本身体积又非常小,这使得这种能源的利用前景非常广阔。目前主要制作成核反应堆应用在核电厂、大型舰船。

那么,核反应堆可不可以小型化或者微型化呢。原子弹小型化现在已经实现了,那么核反应堆的小型化也应该可以。但原子弹与核反应堆的目的不同结构也有很大差异,原子弹没有冷却设备和热循环系统,只是将反应产生的能量完全释放出来,所以结构更简单。但核电厂的冷却设备和热循环系统小型化几乎不可能,这需要换一个思路来实现。

首先,核反应释放的主要是热能,那么热能作为输出能量是最直接的,但热能不转换要如何利用呢。我们知道汽车、飞机等需要的都是动能,而不是热能。而传统的发动机都是将热能转化成动能,那么能不能制造一种发动机可以利用核反应堆的热能呢。可能已经实现了,如核动力潜艇,但它的体积还是非常大,是无法装到汽车、飞机里的。传统的发动机工作原理是利用化石能源在气缸内爆炸燃烧推动活塞做功实现的,那么换个思路如果单纯的空气受热是不是也会膨胀呢,只要温度足够的高,空气也会产生爆炸的效果来推动活塞做功。在这个思路下,设计一种发动机。它只需要在汽缸里吸入空气或者少量的水即可,然后突然加温引起气化迅速膨胀爆炸来推动活塞做功即可,感觉有点像蒸汽机了。这里可能会遇到一些关键的技术问题,核反应堆必须是可控的,这样才能避免发动机爆炸。还有,反应堆如何与气缸进行热交换。如果还是用核电厂的方式,体积还是大得不得了。

核反应堆的控制暂且不讨论,先讨论热交换问题。发动机获得热量的方式无非是外热或内热,外热就像蒸汽机在外面烧锅炉,内热就要把热源放在发动机内部。外热体积较大无法小型化,只有内热。内热的话就要利用一种导热好、熔点高、抗氧化强的固体材料,液体会导致结构复杂实现难度很大。传统发动机使用火花塞点火实现爆炸,或者直接压燃爆炸,那么这种新的发动机也需要这种周期性的点火,即加热。这就需要一种装置来使热源也具备周期性的,要实现这一目的,可以让热源周期性的置入气缸,或者让热源周期性的受热。这样就可以实现发动机的动能输出。

其次,就是将核反应释放的热能转化为电能输出,这样应用范围将更加广泛。但通常把热能转换为电能中间需要一种能量作为媒介,如动能。核能发电厂就是将热能转化为动能,动能再转化为电能。那么可不可以直接将热能转化为电能呢。我们设想一种材料,这种材料一旦受热就会出现游离的自由电子,并且在高温端聚集,而在低端形成正电荷,这样只要在高温端和低温段接上用电器就可以工作了。那么这种材料是否存在呢,从摩擦起电的原理分析这种材料是可能存在的。对于金属如果在非接触的环境下一端在高电压环境,另一端在低电压环境,那么这种金属的两端就会出现感应电荷。如果把这种环境换成温度是不是也会有同样的作用呢。

这样的话,这种能量转换装置要比发动机的形式更为简单,不需要复杂的机械机构。

最后,核反应堆的控制是无法回避的,对于大型反应堆的控制技术已经十分成熟,但小型、微型反应堆要如何控制呢。单纯的缩小设备尺寸肯定是不行的,也需要更换思路。大型反应堆的控制原理都是利用石墨棒插入燃料棒中吸收中子减慢反应速度,对于小型、微型反应堆这是无法实现的,而且小型、微型反应堆的反应剧烈程度也要远低于大型反应堆。所以,需要在反应堆的结构设计上做文章。比如:用石墨筒来套住燃料棒,降低燃料棒的纯度,降低中子源的强度。

以上就是本人对核反应堆小型化、微型化的一些构想,也许在不久的将来我们就可以开着核动力汽车满大街跑了,再也不用担心找不到加油站了。

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哪个傻×愿意整天抱着核反应堆到处跑?万一碰上严重的事故,方圆几里都受害,那时你还希望能有人去施救吗?电动车才是最绿色环保节能的产品,这脑袋不是一般的缺弦,根本就没弦!

这个都能百度到了

核电池又叫“放射性同位素电池”,它是通过半导体换能器将同位素在衰变过程中不断地放出具有热能的射线的热能转变为电能而制造而成。通过利用微型和纳米级系统开发出了一种超微型电源设备,这种设备通过发射性物质的衰变,释放出带电粒子,从而获得持续电流。微型“核电池”使用某种液态半导体,在带电粒子通过时并不会对半导体造成损伤,所以他们得以进一步小型化电池。

核电池已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和一些特殊军事用途。

一般核电池在外形上与普通干电池相似,呈圆柱形。在圆柱的中心密封有放射性同位素源,其外面是热离子转换器或热电偶式的换能器。换能器的外层为防辐射的屏蔽层,最外面一层是金属筒外壳。

核电池可分为高电压型和低电压型两种类型。

1、高电压型核电池以含有 β射线源(锶-90或氚)的物质制成发射极,周围用涂有薄碳层的镍制成收集电极,中间是真空或固体介质。以氚为放射源的试验电池,直径为9.5毫米,长度为13.5毫米,电压500伏时电流为160皮安,12年衰降50%(若用锶-90,25年衰降50%)。

2、“卡西尼”宇宙飞船核电池推动低电压型核电池又分为温差电堆型、气体电离型和荧光-光电型三种结构。温差电堆型的原理同以放射性同位素为热源的温差发电器相同,故又称同位素温差发电器。气体电离型核电池是利用放射源使两种不同逸出功的电极材料间的气体电离,再由两极收集载流子而获得电能。这种电池有较高的功率。

楼主看来没有实际接触过制造业。不知道任何一个大胆的假设去实现它要遇到多少问题。汽车平时的起步,加速,减速,转弯等等对于动力输出的要求是不同的,而且不可能没让一辆汽车一直开下去。

就说说核动力设备的报废好了,想核潜艇报废以后,核反应堆因为辐射问题,一般直接放在百米厚的花岗岩下面,你知道这个要多少人力物力吗?

22楼jeosee

哥们儿!醒醒!上班迟到了!

11楼kev1984

7楼 predators
要优先发展核聚变技术,一旦核聚变电站运行起来,那中国将不再缺电
对头。不仅不缺电,而且电的成本会非常低。到时候什么高能激光、电磁重接炮、煤化油、电解水制氢以及海水淡化等都不再难以实现

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