美國航空航天局(NASA)便攜式核發電箱正在開發之中，計劃于2022年為美國探測火星提供支持。提到核電，人們首先想到的是龐大的核反應堆、發電設施和厚重的混凝土建筑。其實，科技強國都致力于核電設備小型化研究，從能在海上機動的小型浮動核電站，到能放在手推車上攜帶的便攜式核發電箱，能源領域正在發生一場激動人心的革命。

緊急供電和機動供電

美國是小型化核動力系統開發和應用的先行者。1967年，美國建造了世界上第一個小型浮動核電站——“斯特吉斯”MH1A。它于1968年至1975年間向巴拿馬運河區提供能源，1977年因安全問題廢棄不用。在此后的數十年間，美國在浮動核電站開發方面沒有取得什么大的進展，而俄羅斯和中國都不遺余力地致力于小型核動力系統的開發，并不斷取得技術上的突破。

俄羅斯已經建造出排水量為2.15萬噸的海上浮動核電站。雖然它相當于大型船舶，但與龐大的陸上核電站相比還是要小得多。這種浮動核電站裝備兩個KLT40型核反應堆，能提供70兆瓦的電力及300兆瓦的熱力供應，可以保障一個人口約20萬的小型城市的電力及熱水供應。此外，浮動核電站還能變身海水淡化凈化處理廠，每天能生產24萬立方米淡水。

中國已經具備開發建造世界先進大型核電站的豐富實踐經驗，也擁有成熟的核電重裝設備產業供應鏈。基于這些條件，中國一直在開展核動力系統的小型化和微型化的研究。中國的浮動核電站正式名稱為“桁架式海上核動力平臺”。它采用模塊化技術，建造各種不同規格的模塊，然后拼接起來，形成浮島。其設計用途比較廣泛：碼頭倉儲發電、海水淡化，以及作為海洋資源開發保障基地等。

據英國《新科學家》雜志報道，中國開發的浮動核電站的技術先進性主要體現在模塊化設計方面：易于安裝、運輸及換料檢修。它能夠提供200兆瓦的能量供應，為海上油氣開采、海島開發等應用領域供電、供熱和海水淡化。

據美國《舊金山紀事報》報道，浮動核電站的發電能力比陸上核電站要小很多，最多只能達到陸上核電站發電量的25%。但是，浮動核電站的優勢在于能夠實施緊急供電和機動供電。一旦某個沿海城市因遭受臺風等災害的襲擊而失去供電能力，那么浮動核電站就可以趕赴受災城市附近水域，為城市緊急供電，確保居民的生活能源供應不受影響，同時確保當地企業能夠盡快恢復生產。集群化的浮動核電站可確保沿海城市群在受災后仍能維持正常運轉。

報道指出，近年來颶風頻頻對美國沿海地區造成重創，例如休斯敦市的4萬5萬戶居民的家園曾遭到嚴重破壞，城市供電一度中斷。面對沿海地區經常遭受自然火害的現狀，美國應該像俄羅斯和中國那樣重視浮動核電站的研究，開發并部署一定數量的浮動核電站，以確保遭受災害的沿海地區的能源供應。

安全性優于陸上核電站

陸上核電站的核反應堆處于高溫高壓狀態，具有很高的能量密度。因此，現代化的核反應堆(并非切爾諾貝利一類的老式石墨沸水反應堆)在設計之初就充分考慮失控時可能發生的爆炸，其涉及安全的所有重要設備都被安置在壁厚達1米以上的鋼筋混疑土壓力安全殼內。即使壓力殼被導彈等武器擊中，也未必會使反應堆失控，因為壓力殼內有安全模塊(核反應堆出狀況時就會啟動)。即使壓力安全殼內的管道和蒸汽發生器等設備，這些設備中的幾個同時遭到破壞，也在安全設計的考慮范圍之內，確保安全系統發揮作用。一旦核反應堆發生事故，安全設施可以依靠重力和壓力等非能動運作，不必依賴外力和電源，這樣可以避免因喪失電源導致安全防護失效。在安全系統的作用下，核反應堆能夠立即停止運行，并避免發生輻射物泄漏。

那么，相比之下，浮動核電站的安全性能夠令人放心嗎?

據俄羅斯《能源》雜志報道，海上小型浮動核電站的安全性優于陸上核電站。浮動核電站功率較小，設計上采用更先進的理念，本身固有的安全性更高。它來用緊奏型布局，反應堆壓力容器與蒸汽發生器之間采用短套管連接，可以有效避免大破口事故的發生。浮動核電站處于遠離陸地的海上，不易受地震的影響即便發生地震，震源的地震波也難以被海水傳遞。另外，海洋本身可以作為“應急散熱器”，在發生事故時，浮動核電站可以將海水引入內部，阻止堆芯熔化，保證核反應堆的安全。另外，在日常檢測和維護方面，浮動核電站也不存在短板。由于海上浮動平臺體積較小，它們可以被牽引到專門的場所進行集中檢測和維護。

足夠25000人使用5年

雖然美國在浮動核電站開發方面進展不大，但它瞄準了更小、更便捷的核動力裝置。NASA下屬的未來太空運行工作組(FISO)正在開發核發電箱。這種微型核動力裝置能在火星上完成多種任務，為宇航員提供電力、熱量和氧氣。

據美國《核能》雜志報道，核發電箱里面充滿了鈾氫化物，外面用混凝土包裏。它的體積只有一個普通拉桿行李箱那么大，用手推車即可運載。即使加上配套的冷卻系統，其總重量也被控制在15噸之內，比普通的小汽車還輕。5個核發電箱作為個工作單元組，用一輛卡車就能運輸，而產生的能量足夠個25000人的社區使用5年，這堪稱能源領域具有劃時代意義的產品。

在行星登陸計劃中，美國宇航員可以攜帶手提式核發電箱進行供電。雖然其功率不是非常大，但恰到好處，可以靈活使用。如果人類計劃登上小行星，那么可以將核發電箱放置在隕石坑或者洞穴中，一來可保證科學儀器正常工作，二來可借助外星環境對核電設備進行保護。

核發電箱可以作為氧氣或氫氣發生器的電源，也可以作為充電設備，用來給月球車或者火星車充電。它還可以用于其他太空任務，例如，被發射到國際空間站，作為能量供應裝置。

核發電箱所產生的能量不僅可以用于生產可呼吸的氧氣、飲用水、電力和熱量，還能生產由甲烷和液氧制成的推進劑，用于將飛船發射到火星軌道上。另外，有了充足的電力，基地的建設在月球和火星上將變得更快捷、更經濟。

NASA計劃在太空和包括火星在內的其他行星上使用這種動力裝置。根據該機構的估計，未來的小型火星基地大約需要40萬干瓦的電力運行。4個核發電箱相互連接就可以產生必要的電力。NASA計劃為美國的火星探測小組配備5個核發電箱，其中個作為備用能源。

人們可能會有這樣的疑問：核反應堆是持續工作的，停機和啟動都要經過復雜的程序，核發電箱如何對此進行控制？NASA設計的小型核反應堆具備自我調節功能。其核心是一個經過改良的部件一一將熱能轉化為電能的斯特林發動機。開發人員創建了一個系統，當需要較多電力時，該系統可以自行提高反應速度；當電力需求下降時，系統可以降低反應速度，在不停機的情況下低速運行。

嚴密的安全操作規則

核發電箱面臨與浮動核電站同樣的問題：它安全嗎？

NASA提供給《核能》雜志的報告顯示，雖然核發電箱使用核裂變的方式產生能量，但它的安全性極高，不會發生核泄漏等災難性事故。由于這種能量裝置一直在低功耗的水平上運行，因此不會發生核反應堆崩潰的問題。如果有外力作用導致其受損，那么小型核反應堆就會立即自動停止工作，以確保安全。

NASA還為核發電箱設定了一套嚴密的核安全使用規范。首先是防觸電，核反應性需要非常高的電壓才能工作，一般會產生高達1萬伏的電壓。宇航員在操作核發電箱時必須非常小心，避免自己和他人遭受高壓電擊的傷害；其次是防輻射，雖然核發電箱的設計理念非常環保，幾乎不會產生放射污染，但NASA仍然要求核發電箱的運輸和使用操作遵循嚴格的防輻射隔離程序：運輸工具和裝載容器必須加裝防輻射隔離板，操作人必須穿著防輻射服，并配備核輻射探測裝置。