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对于美国国家航空航天局（NASA）的核反 应 堆设计，中国的核工程师们日前发现了其中存在一个关键的效率问题。不过，正是由于中方人员发现了这些设计缺陷并汲取了经验，只需稍作结构调整，就能将燃料消耗降低75%，同时提高功率输出和延长使用寿命。3月18日，香港《南华早报》报道指出，这些发现来自中国核工业集团有限公司首席专家赵守智领导的一项研究，并已被纳入中国的月球基地反 应堆计划，这一研究直接对标美方方案，也参考和借鉴了美国和苏联此前的设计。报道还认为，这一进展可能会使正在进行的探月竞赛向有利于中国的方向倾斜。
现阶段，中国计划在2030年前实施载人登月任务，月球基地的建设也在论证当中。中方科研团队指出，建立月球基地首先要解决能源问题。在月球或火星等外天体上使用的空间核 反 应堆电源，简称星表核电源，具有结构紧凑、比功率大、寿命长、不依赖光照以及环境适应性强等优点，是星表基地最理想的能源解决方案。
中国核工程师团队发表在中文期刊《原子能科学技术》上的同行评议论文指出，美国在总结了其空间堆50多年发展历程的经验后，近些年提出的空间核电源的参数指标均以工程可实现性最大为前提，例如一种方案为电功率仅40kW，寿期8年。中方团队认为，这一参数指标具有很好的参考意义，并以对标为目的，确认选择电功率40kW、寿期10年作为方案的基本指标。同时，该反 应堆利用环形燃料棒和氢化钇慢化剂块克服了传统设计的局限性。
赵守智团队表示，这种双面环形燃料棒，包括美国西屋公司在内的主要核公司都可以轻松生产——将环形燃料芯块封装在不锈钢包壳中，允许在内外表面同时进行中子慢化和散热。氢化钇慢化剂在极端温度下保持稳定，最大限度地减少了早期氢化锆系统因氢泄漏而导致的不稳定风险。这意味着，中国的反 应堆只需要一层薄薄的铍反射层来捕获逃逸的中子，从而提高效率。双冷却通道使NaK-78液态金属流过内外燃料间隙，将核心温度保持在600摄氏度以下，而三根碳化硼安全棒和八个旋转控制鼓提供了冗余的关闭机制。
报道称，通过氢化钇将快中子转化为热中子，中国的设计方案只需约18.5公斤的铀-235即可实现持续链式反应，这约是NASA裂变表面动力项目（FSP）反 应堆所需70公斤铀-235的四分之一。（铀-235，化学式U-235，铀元素里中子数为143的放射性同位素，是自然界唯一能够发生可控裂变的同位素，主要用作核反应中的核燃料，也是制造核武器的主要原料之一。）FSP反 应堆是美国在特朗普首个执政任期内根据月球计划开发的，它依赖于没有慢化剂的快中子谱。
赵守智团队指出，美方设计方案虽然结构紧凑，但其圆柱形铀燃料棒需要高浓缩水平和厚厚的铍屏蔽层来管理强中子通量。中方团队很坦诚地表示，FSP是一个很好的设计，对中国反 应堆的开发也有所帮助。然而，美国反 应堆的使用寿命上限为八年，它受限于燃料膨胀，且依赖单路径控制鼓进行反应性调整，缺乏中国的双重关闭保护机制。赵守智及其科研同事在论文中非常直接地表示，他们正是为了对标美国FSP方案，通过集成创新，最终设计出了论文中所介绍的堆芯物理方案。论文最后也指出，该研究以美国FSP方案为参考，也借鉴了苏联TOPAZ-Ⅱ反 应堆的堆芯结构。
近年来，中国的月球探索计划进展顺利，载人登月发展稳步推进，已经进行了多次绕月探测和取样任务，为在2030年前实现中国人首次登陆月球奠定基础。2023年7月12日，中国载人航天工程办公室副总师张海联在武汉举办的第九届中国(国际)商业航天高峰论坛上披露，中国计划在2030年前实现载人登陆月球开展科学探索，其后将探索建造月球科研试验站，开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。2024年11月21日，中国载人航天工程总设计师周建平在深圳召开的第六届载人航天学术大会上表示，我国载人月球探测工程载人登月任务已经完成了前期的关键技术攻关和深化论证，目前全面进入了初样研制阶段。
《南华早报》称，就在中方取得一系列突破之际，NASA正受到马斯克领导的美“政府效率部”的围追堵截，NASA首席科学家办公室已有许多人员遭到裁撤。除此之外，美国主导的“阿耳忒弥斯”返月计划在2022年完成第一阶段任务后，因技术问题屡遭推迟。如今，随着特朗普回归白宫，预计将对这个他首个任期内启动的项目做出众多调整，而“阿耳忒弥斯”计划也可能在预算不明朗的情况下继续苦苦挣扎。
消息来源：新浪网 作者：观察者网 熊超然
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发表于 2025-3-19 12:08
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