终身免加油的核动力汽车,为何至今造不出来?答案让人意外

艾牛科普君 2025-03-23 17:30:59

自2012年登陆火星以来,好奇号核动力火星车凭借放射性同位素热电发电机的稳定供能,已在火星极端环境中持续工作超过十年。既然核能可以驱动火星车,那能否让汽车也搭载核动力?

核动力汽车理想状态下,可实现"终身免加油、终身免充电",可连续行驶数十万公里,彻底解决里程焦虑。关于它的设想可追溯至20世纪中叶,虽然已有不少概念车推出,但却没有一辆真正实用性的核动力汽车面世。这究竟是出于安全原因还是未突破技术瓶颈呢?

目前市面上的“核动力”装置就只有两类。一类基于核衰变,功率很低但易于小型化,比如驱动好奇号火星车的核装置就是这种;另一类基于可控核裂变,功率极高但设备体积难以小型化,只能用于航母、潜艇等大型设备。

亳无疑问汽车需要的是微型核装置,不仅要体积小,还需集成高效散热系统,以应对反应运行产生的高温。

据公开信息,全球首个陆上商用模块式小型核裂变反应堆“玲龙一号”,高14米、长宽不超过10米,是目前世界上体积最小的反应堆。然而这远超汽车空间和重量限制,根本用不了。

那目前就只剩一个选择,搭载核衰变能发电装置。这种不用“烧开水”,可利用半导体的热电效应等技术手段将衰变能直接转化为电能,因此很容易小型化,甚至可以做成硬币般大小的装置。这类核装置常被大家称作核电池。

要想驱动汽车,功率必须要大。通常半衰期较短、衰变能较大的放射性同位素最适合制造大功率核电池。以好奇号为例,它的核电池采用的是放射性同位素钚-238,该同位素会发生阿尔法衰变,半衰期约88年,衰变能高达5.59兆电子伏,是一种制造大功率核电池的极好核材料。

1公斤钚-238衰变时的初始热功率约570瓦,且能在相当长的时间内输出较大的功率。不过,受技术所限,目前能量转化效率仅有5%~7%,1公斤钚-238实际上只能输出三十多瓦电能,大部分都以热能散失了。例如,好奇号的核电池虽配备了约5公斤二氧化钚(钚约占88.2%),但初始输出功率仅125瓦。

普通家用轿车的驱动功率通常在50kW-200kW之间。若以核电池驱动,恐需携带数吨级的钚-238,若再算上热电转换、安全防护等组件,只会更重,这显然既不经济也不可行。就算是采用核电池与锂电池的组合形式,也只能起到一定的增程效果,并没有办法实现永不充电。

要知道钚-238要用核反应堆进行制备,每克成本可是高达8000美元,远比黄金还贵。事实上,绝大部分能用于制造核电池的放射性同位素,因半衰期较短,在自然界中都很稀缺,获取成本都很高。

除了用不起、不实用,安全也是个大问题!汽车在碰撞、火灾等事故中可能引发核燃料泄漏。放射性物质一旦泄漏,将造成严重后果,而且目前核废料处理仍是全球性难题。另外钚-238等核材料还有可能因此被不法分子利用。因此,出于安全考虑,政策上很难允许核动力车辆民用。况且大部分人谈核色变,就算能造出来,估计也没多少人敢用。

不过,未来若能在核裂变反应堆小型化、安全性上取得突破性进展,这种类型的核动力汽车或许会成为现实,但这仍需漫长的技术探索。

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