能不能研究核动力汽车,5.年以上不更换电池那种?

历史上,美国曼哈顿计划于1942年启动,仅仅三年的研究后,在1945年7.月16日成功进行了第一次核爆炸实测。

wpap6021602图像

在原子弹爆炸后的第六年,1950年的第一次“问号会议”中,美国陆军就提出了电视1核动力坦克计划。

wpap6022602图像

核动力坦克的设计目标和新能源汽车的目标一样,为了长续航而不用进行燃料补给。使得核动力坦克能在后勤孱弱的地区,也能发起钢铁洪流的杀伤性。

当时对核动力辐射并无多少敬畏的军方甚至在坦克上增添了咖啡机这样高能耗设备,来提高士兵的舒适度,因为核动力可以解决一切的能源问题。

该型号的坦克也有常规能源版,电视1的兼容版——电视8坦克一开始使用克莱斯勒V8发动机发动机提供动力。如果装配了微型核反应堆,则能解决续航的问题,可以连续开上万公里而不用添加燃料。

wpap6023602图像

但是,坦克不能像战舰、潜艇一样用厚厚的保护层隔绝辐射,坦克内的核反应堆时刻辐射内部成员,且用来降温的水源也成问题。强烈的辐射下,即便不考虑乘员的生命健康,也得采取每两小时更换乘员组,但这样反而大大增加了后勤压力。此外,坦克若被击毁,难免出现大范围的核泄漏,对周边的士兵、环境都是一种伤害。

在多重因素叠加下,最终让该项目被否决。

除了核动力坦克,实际历史上也出现过核动力汽车。早在1957年,福特就推出来概念车核子

wpap6024602图像

这款车也用水来冷却反应堆,并用热蒸汽驱动车辆,甚至还提出了在加铀站补充燃料的构想。看到这里,是不是很熟悉,就和现在的加氢站一样……

不过,在当时的核春天时代,人们以为找到了真正的无害能源,从上到下都没考虑到核辐射的严重性。

1950年,甚至出现了「吉尔伯特U-238型原子能实验室」这种玩具,里面含有真正的强辐射的铀矿石。

wpap6025602图像

儿童们可以玩铅210与钋210组成的α粒子、钌106制成的β颗粒和锌65制成的γ射线,而它们都被简单地无防护地装在了透明的玻璃罩内。当时的儿童在家里,就能观察真正的核裂变。

wpap6026602图像

而两千年后,凯迪拉克和奥迪也推出来核动力的概念车型。

奥迪Mesarthim F-Tron Quattro公司是核动力超跑,虽用核能驱动,却是新能源车。因为车辆使用核能转换的电能驱动。堪称续航最长的新能源车,一克燃料就可以不停地跑两年。

wpap6027602图像

最重要的是,奥迪号称还完成了反应堆的运行,让其成功的产生了能源!

wpap6028602图像

而凯迪拉克世界跆拳道联盟则是在2009年给凯迪拉克的一份百年庆生礼物。采用钍燃料,英文全称世界钍燃料首字母缩写即为世界跆拳道联盟。

wpap6029602图像

这款世界跆拳道联盟加一次燃料,续航里程就可达161万公里,的确有点世界跆拳道联盟的意思。要知道,许多燃油车恐怕到报废都跑不到这么长的里程。然而,奥迪的核动力汽车虽能提供动力,却遇到了和电视8坦克一样的问题,不能隔绝对成员的核辐射,也不能解决水源的问题。

所以,这两款车,终归在图纸上谈了下,或者也造出了概念车的结构,和进行了核反应堆的小型化设计,但最后还是没有变成可以上路的车。

实际上面的核动力汽车,个人觉得更多的是噱头,只是语不惊人死不休的为了宣发而已,因为传统的利用核动力的设备不可能做得这幺小。

常见的利用核动力方式:反应堆内部装有可控链式核反应的核燃料,核反应产生的热能作为电站的热源,蒸发水后带动汽轮机,汽轮机带动发电机,发电机产生电能。

原理非常简单,原子由原子核与核外电子组成,原子核由质子与中子组成。

wpap60210602图像

当铀235的原子核受到外来的中子轰击时,一个原子核会吸收一个中子,并分裂成两个质量较小的原子核,同时放出2—3个中子。这裂变产生的中子又会去轰击周围的铀235原子核,引起新的裂变。如此持续进行,就是裂变的链式反应,链式反应会产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气,推动汽轮机发电。

所以这就需要足够的水来循环,所以核电站基本都建立在水资源获取方便的河边、海边。

因为高速中子会四散分开,为了增加和减少中子轰击原子核的概率,就需要有控制设置来控制其反应过程和调节反应速度。一般都是硼、碳化硼、镉、银铟镉做成的控制棒(能吸收中子),用来控制反应堆的中子数量,这就是核反应堆的控制设施。插入控制棒,就能吸收四射的中子,完全插入,就能终止其裂变反应。

wpap60211602图像

而铀及其裂变产物都有强放射性,会对环境和生物造成巨大伤害,因此要有可靠的防护措施;比如密封的燃料包裹壳体,要耐高压高温腐蚀和密闭的回路系统。防护措施不仅要防御辐射不外泄,还要有发生异常的防护安全冗余设施,比如硼水的紧急停堆系统,高压注水系统,消氢系统。在反应堆外围还要设置安全壳体,以免反应堆泄露,会直接暴露在外界环境中造成污染。(切尔诺贝利事故就是为了节省成本,外围没有设置安全壳体,导致放射性污染物直接进入了环境中,造成了数百公里的污染。)

所以,我们知道一个核动力转电力的系统需要:

核燃料、冷却系统、水循环系统、控制设施、防护设施,安全冗余设施,蒸汽循环系统,汽轮机,发电机这些部件。

wpap60212602图像

如果要安全使用核燃料作为动力,以上这些设施都是必要的,这就意味着整个核动力系统的小型化,实际非常困难。

以核潜艇举例,这是目前实用的最小核动力载体了,其搭载的核动力仓所需的水资源可以方便从海里提取,但体积依旧不小。

wpap60213602图像

比如中国2013年退役的“长征一号”核潜艇,后改为了中国核潜艇展馆,在青岛海军博物馆正式对外公开展出,其核反应仓就足足有一个大巴车的大小。

wpap60214602图像

当然,如果你只想制造一个核弹,那就只需要核原料,一个壳体和中子激发装置,其他的啥都不需要,不需要冷却,不需要水,不需要控制、安全设备,这就可以做得很小。一个装笔记本电脑的大背包就可以背起来,大街小巷随你走。

wpap60215602图像

所以,核裂变即便后期真能够小型化,也不能用于汽车这种普通人使用的小型载体上。防护措施昂贵不说,且因为一旦泄露,核裂变产生的强辐射就会对周边的人和环境造成灭顶之灾。

现在能实际用在小型载具上的核相关的动力系统,就是搭载在太空出行的载具上。

利用的原理是核原料的自然衰变产生的热量,利用热电效应来进行发电。

热电效应:当受热物体中的电子(空穴),因随着温度梯度由高温区往低温区移动时,所产生电流或电荷堆积的一种现象。

利用核原料自然衰变产生的热量,把金属的一端加热,金属两端产生了一个温差,就会产生电流效应。

这种方式最早应用在了太空领域,1961年美国发射的第一颗人造卫星“探险者一号”就采用了此类核电池,给卫星供电并能在严寒区域提供热量(无法接受太阳光的区域)。

wpap60216602图像

此后的阿波罗登月飞船,上面也装有小型的核电池,设计寿命虽然为一年,但实际使用都远超了设计时间。

wpap60217602图像

这类电池普遍的功率不高,只有数十瓦到上百瓦的级别,如2021年2.月登陆火星的国家航空和航天局的毅力号火星车。长度约3.米,重量1043公斤,就如同一辆微型轿车的大小,它就搭载了一块核电池。

能不能研究核动力汽车,5.年以上不更换电池那种?公司

其尾部就是装的45千克重的核电池,额定输出功率达到100瓦,设计的使用寿命长达14年。

wpap60219602图像

这类电池结构简单,且辐射量极低,因为不产生伽马射线(伽马射线可穿透数十厘米混凝土),所以外壳可以做到很薄,整体结构也能做到很小,即便外壳破损,只要第一时间做简单防护,就可以阻止污染。

但是其热利用率只有6%-10%左右,大部分热量需要导出到外部,所以现在基本的使用领域都是太空,严寒地区和海洋区域。

但即便不考虑降温和污染的环节,这种自发电的核动力电池也不是汽车能玩得起的,因为这块45公斤的小电池的造价高达7000万美元,而这样一块小电池还远远无法驱动一辆在地球重力下的小轿车……怎么也得搭载个十块二十块的…………

就问下,谁买得起这核动力汽车……

欢迎关注,看一些有趣且专业的汽车/科技内容。 @Will.liu先生

(图片来源网络,侵删!)

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:Will.liu先生

【知乎日报】千万用户的选择,做朋友圈里的新鲜事分享大牛。 点击下载

此问题还有 353个回答,查看全部。