能不能研究核动力汽车，5年以上不更换电池那种？

显示全部楼层 · 2022-9-10 08:57:23

研究一种微型核电站，放在汽车上提供能源，这样不用加油，不用充电，不用加氢，清洁卫生，绿色出行，维持5—10年，大家觉得有没有研究价值？

Capital2017 · 2022-9-10 19:34:44

是一个很有创意的想法！
不过早在1957年，美国的福特汽车公司就生产出了第一辆核动力汽车Nucleon。

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Nucleon运作的原理是在后两轮间设计一个小型核反应堆，利用核反应释放的热能将水变成蒸汽推动涡轮的转动从而使得汽车能够跑起来。
然而Nucleon的行驶里程只有8000km，完成里程之后需要更换核反应堆。
不过由于消费者对于核辐射和核爆炸的担忧，Nucleon并没有进入量产阶段这一项目就夭折了。
按照现在的科学技术，我觉得开发5-10年的核反应动力源是问题不大的，但是维护保养怎么办？一旦出现事故，怎么保证周围环境和人的安全？
所以这样的想法虽然很有创意，但是消费者不会买单，投资者也不会。

Firn_ · 2022-9-11 04:52:18

研究核动力汽车价值肯定有价值，但是答主对目前的核能技术肯定是有什么误解。
目前最先进的量产微型堆放到集装箱重卡上也许还凑活，但是绝对是不可能上普通乘用车的。而且价格也不是任何个人可以接受的。
你想想高达这种不差钱不量产的战争兵器都没几台是核动力，你怎么能指望我们有生之年可以开上核动力汽车呢。

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至于安全方面就更别提了，没有那个国家会允许核能汽车在自己的国土上随便跑的，但凡你玩过红警就应该能理解这是为什么。

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而且就算哪天人类科学家真的研究出来体积可以上车的微型核反应堆，那第一优先肯定也是军用啊，哪轮得到平民用这玩意儿。
所以题主的脑洞虽然开得挺大的，但是基本上没有任何可实现性，大家还是集中精力搞电动和氢能源吧。

淡绿霓裳俜 · 2022-9-11 12:59:16

当然可以，这种核动力车已经做出来了，并且正常使用中。
只不过，这辆车不是在地球上，而是在火星上——由美国国家航空航天局（NASA）设计并发射到火星的毅力号火星车！
（BTW：第一辆采用核动力的火星车，是2012年登陆火星的好奇号。）

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毅力号火星车于2021年2月成功在火星表面着陆，并执行了一系列科研工作。
与早期的勇气号、机遇号等较小型、采用太阳能板作为能源的火星车不同，毅力号采用“放射性同位素热发电机”（Radioisotope Thermoelectric Generator，缩写为RTG）提供电能。
RTG也被称为核电池，其原理是通过热电偶装置把放射性同位素钚-238衰变产生的热，直接转换为直流电来提供火星车的行驶和各项仪器设备使用。

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核电池的动力源钚-238，与核电站常用燃料，以及核武器原料铀-235、钚-239都不同。钚-238衰变时会释放出α射线，而中子射线极少，因此不会像铀-235、钚-239那样产生激烈的裂变反应。
下图是好奇号火星车的核电池：

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除了火星车之外，核电池还用于很多太空探测器，如飞向太阳系外的“先驱者”号、飞向木星的“伽利略”号、飞向土星的“卡西尼”号等。

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那么，以核电池作为动力的车辆能不能在地球上，作为日常使用呢？
答案是否定的。
核电池动力存在几个问题：
1、热电偶装置转换效率低，功率无法做大
核电池原理与核电站、核动力航母的裂变反应原理完全不同，功率很难做大。
以毅力号上的核电池为例，整个电池用了4.8公斤钚氧化物，总重量达到了45公斤，功率仅为110W，远低于汽油发动机或锂电池数百kw的输出功率，根本无法满足载人车辆动力需求。
2、存在辐射、放射性污染风险
钚-238的放射性比用于生产核武器的钚-239要强数百倍，半衰期长达88年，一旦发生污染，将在很长时间内对污染区域产生辐射威胁，在自然作用下很难消除影响。
3、核燃料钚-238价格极为昂贵
同其他核燃料一样，钚-238的生产制造很困难，价格极为昂贵。多年前的一则报道中提到，美国为了生产330磅钚238，需要付出15亿美元的代价。

《纽约时报》6月27日报道说,24日,美国能源部宣布了一项恢复生产钚238的计划。根据该计划,美国将在今后30年内生产出330磅的钚238,整个计划耗资约15亿美元。据悉,能源部希望能在2012年前开始恢复生产,在2013年前得到首批钚238。

基于以上几个原因，核电池主要用于太空探索、军事用途等，以核电池作为动力的车辆大规模的民用是不现实的。
<hr/>参考资料:
毅力号_百度百科
迷你小冰箱竟是“核电站”的“远房亲戚”？
美国拟恢复生产钚238 将耗资约15亿美元(图)

2022-9-12 00:34:54

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。

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TV1核动力坦克计划。

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，TV1的兼容版——TV8坦克一开始使用克莱斯勒V8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。

TV8核动力坦克

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Nucleon.

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原子能实验室」这种玩具，里面含有真正的强辐射的铀矿石。

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。

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。

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！

而凯迪拉克WTF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World Thorium Fuel，首字母缩写即为WTF。

这款WTF加一次燃料，续航里程就可达161万公里，的确有点WTF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TV8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么小。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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NASA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。

其尾部就是装的45kg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。

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……

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