美国研究更酷核反应堆:废纸篓大小供火星基地电能

首页 > 科技 > 前沿 > 本文
2018年02月08日 12:09 | 快科技 消渴

一小桶铀相当于一个咖啡罐大小,但是这种微型核反应堆具有屏蔽装置和探测器,整个设备不超过一个废纸篓大小。目前,这种小型核反应堆原型将在美国内华达州沙漠进行测试,这将为实现人类未来太空探索梦想更近一步。

太空核反应堆仅有废纸篓大小

这个项目叫做“Kilopower”,是美国宇航局和美国能源部的一个合资项目,它将成为自上世纪60年代“SNAP 10A项目”以来的首个太空核裂变反应堆。目前,这项原型仍在测试之中,它比过去几十年里进行的任何太空项目都更易实现。

Kilopower反应堆从设计上具有两个尺寸,一种是1千瓦模型,另一种是10千瓦模型。Kilopower反应堆项目主管帕特·麦克卢尔说:“人们烤面包大概需要1千瓦电能,在一个普通家庭中,平均每天会使用5千瓦电能,但是对于美国宇航局而言,这消耗了很大的能量。之前美国宇航局探测设备在太空环境下仅消耗几百至几千瓦电能,因此在太空中1千瓦或者10千瓦是一个很大的电量单位。”

美国宇航局“新视野号”探测器最大功率为240瓦,“好奇号”火星车的功率为120瓦,以上两个探测器都采用核动力电池,能够将自然衰变钚的热量转换为电能。但是钚的供应短缺,装配动力为1000或者10000瓦就是较大的进步,即使它与地球上的设备相比体积较小。不同于那些核动力电池,Kilopower系统形成一个裂变反应,将铀原子快速分裂释放能量,之后通过连接发动机将能量转变为电能。

麦克卢尔说:“传统轻水冷却反应堆能够制造一千兆瓦电能,它是Kilopower反应堆制造电能的100万倍,它的结构非常复杂,同时,从设计上能够充分利用燃料。”对于小型火星反应堆,燃料有效利用率会大幅降低,但是我们需要一个易于预测结果的反应堆,并且易于操作,事实上这种小型火星反应堆具有自控功能。这将降低在较大动力源上可能出现的事故可能性。

换句话讲,我们不会冒险在火星表面出现核事件。麦克卢尔说:“对于我们当前正在做的工作而言,融化燃料是非常困难的,我们的物理设计方法是反应堆会释放大量热量,因此我们没有进行降温处理,仅是辐射少量热量,反应堆将功率降低进行匹配。”

同时,这种小型核反应堆也可以在奇特的太空环境中操作,我们认为,太空环境非常寒冷,但是保持一个反应堆在真空环境中降温并非易事。在太空中没有空气或者流水,能够将发电机的热量进行转移。取而代之的是,这个系统依赖于8根热管,每根热管中盛满大约一汤匙钠,其沸点非常高。

钠会在高温下沸腾,当钠沸腾时接近热管部分,其温度接近于裂变铀燃料。蒸汽穿过热管并逐渐冷凝,温度差异将有助于制造电能。之后冷却的物质将回到热管温度较高的部分,整个系统循环进行。从理论上讲,该系统能够多年时间制造可靠高效的能量。

太空核反应堆安全性怎样?

如果发射出现问题,许多人会担忧核泄漏和太空危机,机载核动力源将潜在一定的威胁性。麦克卢尔说:“人们总是认为你会将切尔诺贝利城带到太空或者某个地方,实际上并没有那么危险,在进行裂变反应堆之前,太空核反应堆中存在少量放射性物质,因为它是铀,但是其数量非常少。即使发射过程中出现某些事故,也不会对公众带来麻烦。”

麦克卢尔解释称,如果在发射过程中出现问题,反应堆的标准、非裂变状态下铀残留物会爆炸,对公众构成非常小的危险。其辐射峰值剂量远低于1毫雷姆,而现实情况下辐射峰值剂量更低,是微雷姆等级。相比之下,美国人平均每年接受的辐射剂量为620毫雷姆。这意味着,太空核反应堆释放的辐射远比背景辐射要少,或者相当于乘坐飞机。

但是发射太空核动力源仅是第一步,它还必须在遥远的太空距离保持安全操作,一旦当它离开地球大气层很长时间并启动,将变得更具放射性。但是研究小组进行了特殊设计,如果核动力源出现故障问题,将会自动关闭。同时,他们计划在下个月在内华达州进行测试,将这个核动力源连接到两个引擎上,每个引擎能够产生大约80瓦的电能,从而使裂变反应加热至大约800摄氏度的高温。

太空核反应堆设计主管大卫·波斯顿说:“我们将关闭所有的热排出,表明反应堆不仅能幸存下来,而且还会处于待机模式,如果电力转换系统能够恢复并开始发电,那么它就会回到原处。这将证实我们能够处理该反应堆任何短暂或者不正常操作,人们不必为此有任何担忧。”

这将如何操作?

麦克卢尔说:“1千瓦核反应堆是用于深太空任务,例如:抵达冥王星或者木星卫星,10千瓦核反应堆是用于深太空或者火星表面任务,目前美国宇航局计划发送5个10千瓦核反应堆抵达火星表面。这将为一个火星基地提供40千瓦的电能供给。”

美国宇航局太空技术任务委员会副局长史蒂夫·尤尔奇克在新闻发布会上说:“火星表面很难布设电力系统,它的照射阳光比地球和月球更少,并且夜间温度非常低,这里存在非常独特的沙尘暴,可持续数个星期,数月时间,甚至肆虐吞没整个星球。”

虽然美国宇航局已探索太阳能板作为一种潜在的动力源,目前,美国宇航局正在积极探索能够持续提供必需生命支持系统的方案,尤其是在太阳光线不充足,无法提供太阳能动力的时候。

第一批核动力反应堆将着陆火星,并开始为自动系统提供动力,分离水冰形成液氧和液氢,产生返回地球的燃料。一旦人类登陆火星,这些系统就可以为他们的栖息地和其他支持系统提供动力。目前,美国宇航局正在与其他商业机构进行商谈,提议1千瓦核反应堆用于地外太空探索任务。

美国宇航局格伦研究中心主管珍妮特·卡凡迪说:“作为一名前宇航员,我可以向你保证,在远离低地球轨道的太空任务中,拥有可靠的电源是至关重要的。随着我们深入太阳系,最终将抵达其它星球的表面,这种类型的电力系统将变得尤其重要。”

  • 功能暖心 百度AI开发者大会展示寄生虫识别系统
    在今天的百度AI开发者大会上,除了自动驾驶汽车与AI芯片之外,百度还展示了一个非常暖心的AI应用场景——远程医疗辅助。在开发者大会上演讲的李彦宏直接在现场连 前沿 2018-07-04 | 快科技 消渴
  • 革新核磁共振成像技术:实时生成生理活动
    马克斯·普朗克研究所的研究人员近日发布了一系列令人着迷的视频,首次从内部揭露了一些生理活动发生的过程。从唱歌时的嘴巴,到跳动的心脏,这些视频让我们对自己身 前沿 2018-07-03 | 快科技 消渴
  • 科学家造出能新型石墨烯基复材:热像仪下的“隐身斗篷”
    据Engadget报道,科学家创造出一种新型的石墨烯基材料,但凡被其掩盖的、带温度的物体在热像仪下都会是空白,因为它能快速和空气温度融为一体。具体来说,这种材料结合石墨 前沿 2018-06-28 | 快科技 消渴
  • 日本团队做出拟态机器龙:能飞天、可变形
    “龙”的意象在影视作品中相当常见,这一次被日本东京大学的研究人员做成了机器人“DRAGON”。这是一个具备超自由度的多连杆机器人,可以切换形态、浮 前沿 2018-06-26 | 快科技 消渴
  • 美国研发新夜视系统:图像增强、热成像技术融合
    现有的夜视系统并不完善,所以美国正在研发新一代夜视技术,其厉害的地方在于,将图像增强技术融合到热成像技术中,让用户能够更好的感知深度。据美国媒体报道称,为了研发 前沿 2018-06-25 | 快科技 消渴
  • 调查显示:大多数美国人对机器人不感兴趣
    扫地机器人、儿童机器人这类机器人产品在世界范围内已经相当普及,但对于美国人而言,这些机器人在家里跑来跑去并不是什么好事情。近日,根据布鲁斯金学会的一项新调查显示 前沿 2018-06-25 | 快科技 消渴
  • 科学家研制实时追踪人体形状系统:更像是X射线透视器
    据外媒TechCrunch报道称,现在出现了一套可以追踪人体形状的实时系统,对于妹纸们来说,还是比较尴尬的。这套全新的计算机视觉系统最强的地方在于,可以追踪衣服底下都有什 前沿 2018-06-22 | 快科技 消渴
  • 锂电池被中国赶超 日本要举国研发新一代产品
    《日本经济新闻》6月21日报道称,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)6月15日宣布,将与丰田汽车和松下等企业启动新一代高效电池“全固体电池”核心技术的开发 前沿 2018-06-21 | 快科技 消渴
  • 连PS都自叹不如!Facebook的AI眼部修复技术逆天了
    在人们的日常拍照中,眨眼经常会成为影响最终人像照片效果的因素之一;而且红眼等拍照痼疾相比,眨眼所造成的闭眼或半睁眼问题更加难以在后期修图中进行调整—— 前沿 2018-06-17 | 快科技 消渴
  • 人体发电:以后我们就是自己的移动电源
    电可以说是人类有史以来最伟大的发现,它构成了我们现代一切生活的基础。现在的地球,即便是瞬间的世界性断电,其后果也是难以想象的。因此,随着电器越来越多地被发明出来 前沿 2018-06-16 | 快科技 消渴
  • 美国研发DNA存储数据:1EB起步
    对于科学家来说,如何有效且长久的存储数据,这是一个很重要的问题,从目前情况看,研究人员都更倾向于DNA存储技术,其有可能让“无限量”的数据存储长达数百万 前沿 2018-06-16 | 快科技 消渴
  • 比特币暴富的少年打造超酷机械骨骼
    ErikFinman这位国外少年你可能不清楚,但是他在比特币圈里面可是名声不小,年龄不大的他因为投资比特币一夜暴富。这位暴富的少年在有了资金后,也开始追求更极客范的东西了 前沿 2018-06-14 | 快科技 消渴
  • 电影场景照进现实:新AI算法可透过照片看墙后物体
    看穿墙壁似乎是漫画书和超级英雄电影里面的场景,但波士顿大学和麻省理工学院的一个研究团队却开发了一套具备这种功能的人工智能系统。在日本东京举行的IEEE国际计算机摄影 前沿 2018-06-13 | 快科技 消渴
  • Intel测试最小自旋量子位芯片:只有50nm
    Intel近来在量子计算的商业化上有了一些新的进展,继去年十月宣布推出一款17-qubit(量子单位)的超导芯片之后,CES2018上CEOBrianKrzanich又展示了一个具有49个量子位的测 前沿 2018-06-13 | 快科技 消渴
  • 从足球到足球烯 这60个碳原子开挂!每克竟价值9.3亿
    在“世界杯”即将到来之际,人们对世界足球顶尖级赛事充满期待。而被誉为“足球盛宴”的足球烯,作为20世纪80年代的重大科学发现之一,同样值得期待。 前沿 2018-06-11 | 快科技 消渴
  • 俄罗斯科学家要造激光炮:清除太空垃圾
    激光的用途有很多种,但是俄罗斯正在构造一种最强的激光武器,它不是用于战争,而是在太空上使用。据俄罗斯卫星网报道称,该国科学家正在研制用于清除太空垃圾的“激 前沿 2018-06-11 | 快科技 消渴
  • 生物混合技术突破:日本研究用活体肌肉构建机械手指
    北京时间6月5日消息,据国外媒体报道,通过让人工骨架“长”出肌肉,日本研究人员构建了一个既非常灵活,又十分耐用的“生物混合”(biohybrid)机械 前沿 2018-06-05 | 快科技 消渴
  • 科学家制造出“能说会跳”的机器人:超逼真
    在AI人工智能的浪潮下,很多科学家都在致力于打造更智能的机器人,当然这也是未来的发展趋势。据英国媒体报道称,该国的一支工程师小组带来了堪称更智能的机器人,能够跳舞 前沿 2018-06-04 | 快科技 消渴