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2019年03月14日 星期四
中青在线

美军的危险游戏:机动式核反应堆

作者 张贵余   青年参考  ( 2019年03月14日   01 版)

    在军用核技术领域,美国有时给人“惊喜”,有时是“惊吓”。1月中旬,美国国防部发布的一份“信息征询书”披露了名为“二锂项目”(Project Dilithium)的计划,该计划旨在研发一种能快速机动的核反应堆,以便随时将其运往前线,为部队提供近乎无限的电力。该计划的拥趸乐观地相信,机动式反应堆“有潜力全面改变大国之间的战略游戏”。

    这种核反应堆运输成本低且无需频繁补充燃料,对严重依赖传统化石燃料的现代军队有可观的诱惑力。但凡事都有两面,部分外媒指出,在战区储存和运输核物质意味着巨大的安全风险;机动式核反应堆进入美军服役时,人类的“末日时钟”就会向午夜前进一步。

    安全性比机动性更要紧

    美国陆军对核能的兴趣始于上世纪50年代。从那时至今,美国陆军至少建造并运行了8个小型核反应堆,测试结果喜忧参半。最糟糕的事件发生在1961年,当时,位于爱达荷州的SL-1反应堆堆芯熔化并发生爆炸,导致3名操作人员死亡。虽然同类反应堆没再出过事故,但可靠性一直存疑;冷战结束后,类似的项目偃旗息鼓。

    如今,新一代核设备供应商正在四处推销更便宜、更安全的小型核电站。或许是受此启发,五角大楼试图重新加入游戏。

    美国国防部官网发布的信息显示,“二锂项目”寻求发电量为1兆瓦至10兆瓦反应堆的“创新技术和方法”,设备总重量不得超过40吨;体积要足够小,能用卡车、船舶和飞机运输;能在不补充燃料的情况下连续运行3年,并实现半自动操作。

    更大的挑战在于满足安全标准。征询书强调,反应堆应采用“固有的安全设计”,以确保“在各种故障下,(堆芯)熔毁在物理上不可能发生”,“堆芯破裂造成的污染不能对公共安全产生风险”,而且“一旦遭到袭击,对附近人员造成的损害最小”。

    长期关注核安全的美国“原子能科学家公报”网站认为,部署在前沿基地的核反应堆很容易成为敌人的靶子。2018年,一份由美国陆军副总参谋长委托撰写的报告承认,如果需要大量资源来保护反应堆及其支持系统,这些设备可能成为包袱而非资产。

    美媒继续分析说,“安全性”一直是核工业自我标榜的关键词。但直到今天,没有任何人敢担保,暴力破坏反应堆堆芯不会造成放射性污染。运行中的反应堆本质上是一个装满浓缩放射性物质的容器,也就是潜在的“脏弹”。同时,反应堆的“续航时间”越长,核裂变产物的数量越多,这些物质泄漏的风险就越大。因此,要研制机动式反应堆,必须进行大量验证,以了解其被攻击后有多少辐射会泄漏,以及会扩散多远。

    现有技术方案破绽众多

    新发布的项目还没接到投标,但2018年的报告已经指明了若干潜在方案。其中之一是高温气冷反应堆,它的最大亮点是采用了三结构各向同性(TRISO)燃料。TRISO燃料由涂有特殊材料的小颗粒铀组成,裂变产物大部分被外层材料裹住而不至于外泄。

    TRISO燃料的鼓吹者声称,这种反应堆无需笨重的屏蔽设施,可以设计得很小巧,便于运输。军方的报告赞成这种观点,称无论是在正常操作中还是在发生意外时,“包覆式核燃料”都有助于“避免放射性易挥发元素的释放”,防止周围地区遭受污染。

    然而,按照“原子能科学家公报”的说法,TRISO燃料并非毫无破绽。例如,当燃料温度上升到1600摄氏度以上,裂变产物会迅速增加,有失控风险。再者,气冷反应堆普遍要用到石墨,而1986年苏联切尔诺贝利核电站的大火正是易燃的石墨造成的。

    美国国防部似乎已经意识到TRISO燃料并不像纸面上描述得那么神奇。在最终定稿的“信息征询书”中,“必须使用TRISO燃料”的表述被删除了。征询书还规定,反应堆应能在关闭后7天内移动。美媒称,这一要求可以理解——如果部队打算撤退,谁都不敢把反应堆随便丢掉。可问题在于,安全和机动性二者难以兼顾。通常情况下,从反应堆里取出的核燃料需要在原地储存几个月到几年,待其衰变后才能运输;如果让装着燃料的反应堆直接上路,那就意味着,反应堆沿途经过的地区都面临过量辐射的威胁。

    历史经验显示,即使在核燃料移除后,挪动反应堆也不容易。就拿位于弗吉尼亚州贝尔沃堡的一座2兆瓦小型反应堆来说,从停止运转到拆除,美国陆军花费了45年。

    双重标准或引发核竞赛

    外媒关注的最后一个议题是,机动式核反应堆带来的核扩散风险。1月18日公开的第一版“信息征询书”规定,反应堆燃料必须是高丰度低浓缩铀(浓度比民用核设施的5%高,但低于制造核弹所需的20%)。讽刺的是,美国《大众机械》杂志网站指出,美国一直指责伊朗储存高丰度低浓缩铀,说后者缺乏履行伊核协议的诚意;若美军执意推进“二锂项目”,恐怕会刺激其他国家增产核燃料,乃至建造军用核反应堆。

    更令外界不安的是,1月22日,五角大楼对“信息征询书”进行了修改,条款中不再包含有关核燃料浓度的细则,相当于为使用高浓缩铀当燃料的核反应堆开了绿灯。美媒称,这无疑是危险信号,美国国防部可能是在嫉妒美国航天局,后者正在开发一种小型高浓缩铀燃料反应堆,为外层空间任务提供动力,却对核扩散的风险视而不见。

    考虑到不确定的战略价值、相当高的技术难度、引发国际军备竞赛的潜在风险,该如何理解美军在冷战结束30年后重新对“迷你”核反应堆产生兴趣呢?《大众机械》文章提到,这个项目背后或许有私营企业的推手,但主要动力还是来自美军自身;随着五角大楼重新将“大国对抗”视为第一要务,前线部队迫切需要大功率雷达、通信设备乃至能量武器以抗衡同量级对手,为了填饱这些高耗能装备的胃口,难免有人想到把核电站送上前线。

    “原子能科学家公报”警告,这种反常举动无助于增进美国的国家安全,还可能使作战部队承担额外风险,希望美国国防部早日意识到这一点,在数十亿美元打水漂前收手。

 

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