[原创]核反应堆小型化、微型化的方案构想 – 铁血网

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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。

本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

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