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【文/觀察者網(wǎng) 熊超然】對于美國國家航空航天局（NASA）的核反應(yīng)堆設(shè)計，中國的核工程師們?nèi)涨鞍l(fā)現(xiàn)了其中存在一個關(guān)鍵的效率問題。不過，正是由于中方人員發(fā)現(xiàn)了這些設(shè)計缺陷并汲取了經(jīng)驗，只需稍作結(jié)構(gòu)調(diào)整，就能將燃料消耗降低75%，同時提高功率輸出和延長使用壽命。

3月18日，香港《南華早報》報道指出，這些發(fā)現(xiàn)來自中國核工業(yè)集團有限公司首席專家趙守智領(lǐng)導(dǎo)的一項研究，并已被納入中國的月球基地反應(yīng)堆計劃，這一研究直接對標(biāo)美方方案，也參考和借鑒了美國和蘇聯(lián)此前的設(shè)計。報道還認(rèn)為，這一進展可能會使正在進行的探月競賽向有利于中國的方向傾斜。

現(xiàn)階段，中國計劃在2030年前實施載人登月任務(wù)，月球基地的建設(shè)也在論證當(dāng)中。中方科研團隊指出，建立月球基地首先要解決能源問題。在月球或火星等外天體上使用的空間核反應(yīng)堆電源，簡稱星表核電源，具有結(jié)構(gòu)緊湊、比功率大、壽命長、不依賴光照以及環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點，是星表基地最理想的能源解決方案。

NASA裂變表面動力項目（FSP）反應(yīng)堆概念圖。中國工程師指出了一些細(xì)微差異，使中國的月球核反應(yīng)堆比美國的更高效、更持久。 《南華早報》

中國核工程師團隊發(fā)表在中文期刊《原子能科學(xué)技術(shù)》上的同行評議論文指出，美國在總結(jié)了其空間堆50多年發(fā)展歷程的經(jīng)驗后，近些年提出的空間核電源的參數(shù)指標(biāo)均以工程可實現(xiàn)性最大為前提，例如一種方案為電功率僅40kW，壽期8年。

中方團隊認(rèn)為，這一參數(shù)指標(biāo)具有很好的參考意義，并以對標(biāo)為目的，確認(rèn)選擇電功率40kW、壽期10年作為方案的基本指標(biāo)。同時，該反應(yīng)堆利用環(huán)形燃料棒和氫化釔慢化劑塊克服了傳統(tǒng)設(shè)計的局限性。

趙守智團隊表示，這種雙面環(huán)形燃料棒，包括美國西屋公司在內(nèi)的主要核公司都可以輕松生產(chǎn)——將環(huán)形燃料芯塊封裝在不銹鋼包殼中，允許在內(nèi)外表面同時進行中子慢化和散熱。氫化釔慢化劑在極端溫度下保持穩(wěn)定，最大限度地減少了早期氫化鋯系統(tǒng)因氫泄漏而導(dǎo)致的不穩(wěn)定風(fēng)險。

這意味著，中國的反應(yīng)堆只需要一層薄薄的鈹反射層來捕獲逃逸的中子，從而提高效率。雙冷卻通道使NaK-78液態(tài)金屬流過內(nèi)外燃料間隙，將核心溫度保持在600攝氏度以下，而三根碳化硼安全棒和八個旋轉(zhuǎn)控制鼓提供了冗余的關(guān)閉機制。

報道稱，通過氫化釔將快中子轉(zhuǎn)化為熱中子，中國的設(shè)計方案只需約18.5公斤的鈾-235即可實現(xiàn)持續(xù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這約是NASA裂變表面動力項目（FSP）反應(yīng)堆所需70公斤鈾-235的四分之一。（鈾-235，化學(xué)式U-235，鈾元素里中子數(shù)為143的放射性同位素，是自然界唯一能夠發(fā)生可控裂變的同位素，主要用作核反應(yīng)中的核燃料，也是制造核武器的主要原料之一。）

堆芯結(jié)構(gòu)示意圖 《原子能科學(xué)技術(shù)》

FSP反應(yīng)堆是美國在特朗普首個執(zhí)政任期內(nèi)根據(jù)月球計劃開發(fā)的，它依賴于沒有慢化劑的快中子譜。

趙守智團隊指出，美方設(shè)計方案雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但其圓柱形鈾燃料棒需要高濃縮水平和厚厚的鈹屏蔽層來管理強中子通量。

中方團隊很坦誠地表示，F(xiàn)SP是一個很好的設(shè)計，對中國反應(yīng)堆的開發(fā)也有所幫助。然而，美國反應(yīng)堆的使用壽命上限為八年，它受限于燃料膨脹，且依賴單路徑控制鼓進行反應(yīng)性調(diào)整，缺乏中國的雙重關(guān)閉保護機制。

趙守智及其科研同事在論文中非常直接地表示，他們正是為了對標(biāo)美國FSP方案，通過集成創(chuàng)新，最終設(shè)計出了論文中所介紹的堆芯物理方案。論文最后也指出，該研究以美國FSP方案為參考，也借鑒了蘇聯(lián)TOPAZ-Ⅱ反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)。

近年來，中國的月球探索計劃進展順利，載人登月發(fā)展穩(wěn)步推進，已經(jīng)進行了多次繞月探測和取樣任務(wù)，為在2030年前實現(xiàn)中國人首次登陸月球奠定基礎(chǔ)。

2023年7月12日，中國載人航天工程辦公室副總師張海聯(lián)在武漢舉辦的第九屆中國(國際)商業(yè)航天高峰論壇上披露，中國計劃在2030年前實現(xiàn)載人登陸月球開展科學(xué)探索，其后將探索建造月球科研試驗站，開展系統(tǒng)、連續(xù)的月球探測和相關(guān)技術(shù)試驗驗證。

2024年11月21日，中國載人航天工程總設(shè)計師周建平在深圳召開的第六屆載人航天學(xué)術(shù)大會上表示，我國載人月球探測工程載人登月任務(wù)已經(jīng)完成了前期的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和深化論證，目前全面進入了初樣研制階段。

《南華早報》稱，就在中方取得一系列突破之際，NASA正受到馬斯克領(lǐng)導(dǎo)的美“政府效率部”的圍追堵截，NASA首席科學(xué)家辦公室已有許多人員遭到裁撤。

除此之外，美國主導(dǎo)的“阿耳忒彌斯”返月計劃在2022年完成第一階段任務(wù)后，因技術(shù)問題屢遭推遲。如今，隨著特朗普回歸白宮，預(yù)計將對這個他首個任期內(nèi)啟動的項目做出眾多調(diào)整，而“阿耳忒彌斯”計劃也可能在預(yù)算不明朗的情況下繼續(xù)苦苦掙扎。

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