造臺核動力汽車有多難？

談到核動力，不知有多少人和曉fire一樣，感覺它是一種高大上的存在。平日里看到有關核動力的信息大多與軍事相關，和民用扯得上關系可謂寥寥無幾。那么，核能作為一種清潔、可持續的能源為什么不能像其它能源一樣走進民間呢？比如說造一臺核動力汽車？

核能是個暴脾氣的家伙

與風能、太陽能這種些潤物無聲的能源相比，核能真的算是個暴脾氣的主。從某種程度上來看，與普通的燒油、燒煤一樣，核動力就好像是“燃燒”鈾原子的動力。只不過鈾原子的“燃燒”中（實際為鏈式反應），一個原子核裂變的同時，又會放出2~3個中子，這些中子又會使其他鈾原子裂變。更為可怕的是，這種反應速度之快讓你難以想象，單次從捕獲中子到分裂的發生，只在皮秒間(0.000000000001 秒)。

在如此的反應機制和反應速度下，不加控制的反應帶來的威力大家都知道：核武器。日本廣島上空64kg的鈾235，TNT當量就達到了15500t，相當于2000架滿載炸彈的B-29轟炸機的轟炸效果。

看樣子要想讓核能這樣的暴脾氣來驅動汽車還要先控制好它。

容下暴脾氣不容易

談到核能控制，最好的例子莫過于現今已經發展的比較成熟的核電站了，通常來說，核反應堆的合理結構應該是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設施+防護裝置。接下來就讓曉fire就帶大家好好認識一下世界最有競爭力的核反應堆型是如何工作的。

壓水堆原理圖

整個堆型中主冷卻劑回路（一回路），冷卻水作為冷卻劑和慢化劑在150bar（1bar=100kPa）的壓力下流過反應堆。冷卻水可使產生的快中子減速變為慢中子，與此同時帶出核裂變產生的熱能。在反應堆的另一個回路（二回路），產生的蒸汽可以推動渦輪發電機，把熱能轉化為電力。

當然，除了上面我們說的壓水式核反應堆，還有重水堆、氣冷堆和快速增殖堆等。不同的反應堆中，控制反應速度的慢化劑、冷卻材料和燃料也不盡相同：

除了燃料、慢化劑和冷卻材料外，控制核反應速率最為關鍵的莫過于中子吸收材料。就像前文提到的，核反應堆中產生的中子將會以幾何級數的速率增長，如果不讓它降降速，其結果很難想象，所以在堆芯中存在有一個控制棒來俘獲中子。在這方面，硼酸水溶液、Ag-In-Cd合金、B4C等都是不錯的選擇。

當然，上面我們只是討論了最為核心部分，一個真正能夠安全運行的核電站結構應該是這個樣子的：

SNUPPS反應堆

了解了核反應堆，相信你可以充分理解核反應裝置的復雜性。要想把如此復雜的裝置放在汽車上似乎還是有難度的。

除了裝置復雜外，要想利用核能作為動力，反應裝置的體積也不會小。之所以這樣說是因為要想讓上文提到的鏈式反應持續發生，燃料必須充足，而保持反應持續發生的核燃料質量下限往往被稱作臨界質量。對于鈾235來說這一數值是50kg，而鈾的密度是18.95g/cm^3，算下來僅燃料棒就有一桶2.5L裝的可樂那么大，再加上其它裝置，汽車要想裝得下好像都不太容易。

當然，如果我們把汽車造的大一些這個問題似乎也可以勉強克服，可是即便這樣，估計還是有不少人會犯嘀咕。畢竟，那是核能啊，安全可如何保證？

輻射是個大問題

提到核安全，最大的問題莫過于反應帶來的核輻射和電磁輻射。歷史上，核電站帶來的災難并不在少數。切爾諾貝利核事故、福島核事故至今還不時被人們提起，而核泄漏的最大原因往往就出在防護材料的失效上。

福島核電站泄露事故分析

為了確保防護材料能夠抵御來自外部的撞擊、腐蝕和內部引起的輻照損傷，防護材料往往會采用硼鋼、重混凝土或鉛。除了材料的選擇有講究外，其保護結構還需有一定的厚度，舉例來說，HTR-PM高溫氣冷堆的堆內構件采用 750噸 40~135mm厚 12Cr2Mo1R鋼板，其生產是在寶鋼 5米厚板產線上進行的。試想如果汽車有了如此厚重的殼體，心會不會很累？有人做過預算，若用鉛材料作為核動力汽車防護層總重預計將達到50噸，這是一個與坦克相當的重量了！看來要是想抵擋輻射的傷害，汽車就跑不動了。

當然，即便扛著厚重的防護外殼還是不能阻止汽車在車禍以及自燃情況下發生核泄漏。試想如果在道路濕滑的情況下，發生連環追尾這樣的事情，瞬間就是數個微型核電站泄漏事故啊！所以，這種滿街跑核彈的畫面真有點不敢想。

當然除了上面提到結構、安全外，若核動力汽車變為現實并推廣至民用，原料的開采、廢料的回收等等也是極大的麻煩。

其實，早在上世紀50~60年代，美國和歐洲就已經提出了核動力汽車概念模型。其中離我們最近的一次是1962年，福特在西雅圖世界博覽會上發布的福特Seattle-ite 21。

除此之外，還有Studebaker-Packard 阿斯特拉、福特Nucleon、阿貝爾Symetric以及Simca等一票核動力概念車，但是最終都未付諸現實，也許上面提到的困難就是其擱淺的最大原因吧。

不過，在曉fire看來今天的不可能不代表未來。隨著材料和技術的進步，核動力汽車滿街跑也許真的能變為現實，就像今天的核動力航母與核動力潛艇一樣。

不知在大家心中，核動力汽車離我們還有多遠呢？

本文由材料牛編輯曉fire供稿。