說起核能裝置小型化，大家可能第一時(shí)間想到的就是電影《鋼鐵俠》中力大無窮的男主角。
鋼鐵俠之所以能夠成為擁有超能力的漫威英雄之一，是因?yàn)槠湫厍把b了一塊拳頭大小的“核能電池”，正是這塊電池，為他提供了源源不斷的能量。喜愛漫威英雄的你，是否也曾夢(mèng)想過擁有一塊和鋼鐵俠一樣的“核能電池”呢?
然而，在目前的技術(shù)條件下，“核能電池”還只是漫畫迷們心中一個(gè)美麗的夢(mèng)想。
為什么現(xiàn)在科學(xué)家們還造不出“核能電池”?
這是因?yàn)楝F(xiàn)有的核電裝置對(duì)核燃料的導(dǎo)熱性能有很高的要求。如果沒有安全高效的導(dǎo)熱手段作為后盾和保障，只是為了擁有驚人能量就硬把“核能電池”穿在身上，估計(jì)鋼鐵俠一眨眼的功夫就會(huì)被核能發(fā)電時(shí)釋放的大量熱量“烤焦”了。
可喜的是，近日我國科學(xué)家在“鉛基堆冷卻劑技術(shù)”方面的研發(fā)工作取得了重大突破，新技術(shù)有效解決了核電裝置高效導(dǎo)熱的問題，而且大幅度提高了安全性。
基于這項(xiàng)技術(shù)，未來我國有望率先推出集裝箱大小的世界首臺(tái)迷你核電站——“核電寶”。
盡管集裝箱大小的“核電寶”和鋼鐵俠的“核能電池”比起來，還是大了不少，但在我們的現(xiàn)實(shí)生活中，核電站要是能夠縮小成集裝箱那么大，那用途可就大多了：
未來如果集裝箱“核電寶”能夠研發(fā)和推出，將憑借其體型小、安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在南海島嶼發(fā)電，遠(yuǎn)離大陸的海洋平臺(tái)開發(fā)，以及核潛艇的升級(jí)等方方面面。
既然這項(xiàng)技術(shù)這么了不起，那么問題來了，這個(gè)鉛基堆冷卻劑到底是什么神奇的物質(zhì)?為什么它的出現(xiàn)能讓龐大的核電站有望變成集裝箱那么大呢?它的出現(xiàn)又為什么能讓核電裝置更安全更高效呢?
要回答這些問題，我們首先得了解下核能發(fā)電的原理是什么。
核能發(fā)電的原理
簡(jiǎn)單來說，核能發(fā)電就是高級(jí)版燒鍋爐，與用煤“燒鍋爐”發(fā)電的過程類似，是把熱能變成電能的過程：“燃燒”核燃料，釋放出大量熱量，隨后循環(huán)水流經(jīng)核燃料，水受熱升溫成為熱水，進(jìn)而成為水蒸氣，水蒸氣通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再經(jīng)過發(fā)電機(jī)最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。就這樣，水作為“中間人”把核燃料產(chǎn)生的熱量帶走并用于發(fā)電。
原理看上去是不是很簡(jiǎn)單，不過要提一下的是，由于是“燃燒”核能，技術(shù)要求上可比燒鍋爐復(fù)雜多了。
冷卻劑就是用來帶走核燃料產(chǎn)生熱量的物質(zhì)。如果選擇用水帶走熱量，就是使用了水冷卻劑。水冷卻劑雖然成本低，但安全加熱的上限溫度只能到三四百度，對(duì)于后繼發(fā)電部分來說，這樣的溫度還比較低，會(huì)降低發(fā)電效率。所以，近幾十年間，人們又相繼發(fā)明了鈉冷卻劑、氦氣冷卻劑等。
可以看出，以往的冷卻劑都是可以流動(dòng)的液體、氣體或液體金屬，而鉛是一種固體金屬，缺少流動(dòng)性，不能像液體或氣體一樣流動(dòng)帶走熱量。
科學(xué)家們?cè)趺磿?huì)選擇鉛作為冷卻劑呢?
原來，鉛雖然是一種固體金屬，但它的熔點(diǎn)比較低，只有327℃。如果把鉛與其它金屬做成合金(鉛基材料)，例如鉛鉍合金或鉛鋰合金，則熔點(diǎn)更低，僅有一二百攝氏度。
當(dāng)鉛或鉛合金熔化變成液態(tài)后，粘度很低，具有非常好的流動(dòng)性。如果大家想象不出高溫時(shí)鉛流動(dòng)的情景，不妨看一下水銀流動(dòng)的樣子。
當(dāng)鉛基冷卻劑吸收了核反應(yīng)釋放出的熱量后，固體的鉛基金屬變成液體，然后不斷循環(huán)流動(dòng)把熱量帶走發(fā)電。整個(gè)過程就像是用核燃料，持續(xù)不斷地?zé)粔?ldquo;鉛基液體”。
鉛及其合金在高溫下是一種溫和的液態(tài)金屬。與傳統(tǒng)的水冷卻劑相比，鉛基冷卻劑的沸點(diǎn)高達(dá)兩千多度。因此，不用擔(dān)心高溫時(shí)反應(yīng)堆變成一口潛在危險(xiǎn)的“高壓鍋”。鉛基冷卻劑的熱導(dǎo)率也更大，約為水的三十倍，也就是說鉛基液體可以帶走比水更多的熱量，因此發(fā)電效率也更高。
冷卻介質(zhì)是決定核反應(yīng)堆大小的重要因素之一，正是由于鉛基冷卻劑出色的發(fā)電效率，使得核能裝置小型化變得更有可能!
如此優(yōu)異的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，使核反應(yīng)堆可以在常壓下運(yùn)行，降低了不可控化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可能性，安全系數(shù)也大大提高。
同時(shí)，鉛基材料化學(xué)性質(zhì)不活潑，幾乎不與水和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
所以，大家不用擔(dān)心“核電寶”會(huì)像日本福島核電站那樣發(fā)生氫氣爆炸的惡性事故。
咱們中國的“核電寶”，安全質(zhì)量有保證!
未來，人們還將更加安全高效地利用核能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，以后的核能裝置體積將會(huì)越來越小，能量利用率會(huì)越來越高。
也許某一天，電影中的鋼鐵俠真的會(huì)成為現(xiàn)實(shí)!
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