► 文 觀察者網 熊超然
對於美國國家航空航天局（NASA）的核反應堆設計，中國的核工程師們日前發現了其中存在一個關鍵的效率問題。不過，正是由於中方人員發現了這些設計缺陷並汲取了經驗，只需稍作結構調整，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，這些發現來自中國核工業集團有限公司首席專家趙守智領導的一項研究，並已被納入中國的月球基地反應堆計劃，這一研究直接對標美方方案，也參考和借鑑了美國和蘇聯此前的設計。報道還認為，這一進展可能會使正在進行的探月競賽向有利於中國的方向傾斜。
現階段，中國計劃在2030年前實施載人登月任務，月球基地的建設也在論證當中。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堆電源，簡稱星表核電源，具有結構緊湊、比功率大、壽命長、不依賴光照以及環境適應性強等優點，是星表基地最理想的能源解決方案。
NASA裂變表面動力專案（FSP）反應堆概念圖。中國工程師指出了一些細微差異，使中國的月球核反應堆比美國的更高效、更持久。 《南華早報》
中國核工程師團隊發表在中文期刊《原子能科學技術》上的同行評議論文指出，美國在總結了其空間堆50多年發展歷程的經驗後，近些年提出的空間核電源的引數指標均以工程可實現性最大為前提，例如一種方案為電功率僅40kW，壽期8年。
中方團隊認為，這一引數指標具有很好的參考意義，並以對標為目的，確認選擇電功率40kW、壽期10年作為方案的基本指標。同時，該反應堆利用環形燃料棒和氫化釔慢化劑塊克服了傳統設計的侷限性。
趙守智團隊表示，這種雙面環形燃料棒，包括美國西屋公司在內的主要核公司都可以輕鬆生產——將環形燃料芯塊封裝在不鏽鋼包殼中，允許在內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定，最大限度地減少了早期氫化鋯系統因氫洩漏而導致的不穩定風險。
這意味著，中國的反應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液態金屬流過內外燃料間隙，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控制鼓提供了冗餘的關閉機制。
報道稱，透過氫化釔將快中子轉化為熱中子，中國的設計方案只需約18.5公斤的鈾-235即可實現持續鏈式反應，這約是NASA裂變表面動力專案（FSP）反應堆所需70公斤鈾-235的四分之一。（鈾-235，化學式U-235，鈾元素裡中子數為143的放射性同位素，是自然界唯一能夠發生可控裂變的同位素，主要用作核反應中的核燃料，也是製造核武器的主要原料之一。）
堆芯結構示意圖 《原子能科學技術》
FSP反應堆是美國在特朗普首個執政任期內根據月球計劃開發的，它依賴於沒有慢化劑的快中子譜。
趙守智團隊指出，美方設計方案雖然結構緊湊，但其圓柱形鈾燃料棒需要高濃縮水平和厚厚的鈹遮蔽層來管理強中子通量。
中方團隊很坦誠地表示，FSP是一個很好的設計，對中國反應堆的開發也有所幫助。然而，美國反應堆的使用壽命上限為八年，它受限於燃料膨脹，且依賴單路徑控制鼓進行反應性調整，缺乏中國的雙重關閉保護機制。
趙守智及其科研同事在論文中非常直接地表示，他們正是為了對標美國FSP方案，透過整合創新，最終設計出了論文中所介紹的堆芯物理方案。論文最後也指出，該研究以美國FSP方案為參考，也借鑑了蘇聯TOPAZ-Ⅱ反應堆的堆芯結構。
近年來，中國的月球探索計劃進展順利，載人登月發展穩步推進，已經進行了多次繞月探測和取樣任務，為在2030年前實現中國人首次登陸月球奠定基礎。
2023年7月12日，中國載人航天工程辦公室副總師張海聯在武漢舉辦的第九屆中國(國際)商業航天高峰論壇上披露，中國計劃在2030年前實現載人登陸月球開展科學探索，其後將探索建造月球科研試驗站，開展系統、連續的月球探測和相關技術試驗驗證。
2024年11月21日，中國載人航天工程總設計師周建平在深圳召開的第六屆載人航天學術大會上表示，我國載人月球探測工程載人登月任務已經完成了前期的關鍵技術攻關和深化論證，目前全面進入了初樣研製階段。
《南華早報》稱，就在中方取得一系列突破之際，NASA正受到馬斯克領導的美“政府效率部”的圍追堵截，NASA首席科學家辦公室已有許多人員遭到裁撤。
除此之外，美國主導的“阿耳忒彌斯”返月計劃在2022年完成第一階段任務後，因技術問題屢遭推遲。如今，隨著特朗普迴歸白宮，預計將對這個他首個任期內啟動的專案做出眾多調整，而“阿耳忒彌斯”計劃也可能在預算不明朗的情況下繼續苦苦掙扎。
來源|觀察者網