1KG浓缩铀可以让一辆汽车跑多远

原创 中国核工业 中国核工业 收录于合集 #核靠普研究所 37个 近日， 热搜上的一个话题引起了小编的注意 —— “如果汽车用上反应堆， 1KG浓缩铀可以让一辆汽车跑多远？” （第一反应是能省多少油钱！？ ） 结果没想到 小编还是太天真 问题远远没有这么简单...... 01 要回答这个问题， 首先要做一个前提分析 在“1KG浓缩铀可以让一辆汽车跑多远”的描述中，存在两个较大的不确定性问题，需要进一步明确概念与边界，分别是“浓缩铀”与“汽车”。 首先来看“浓缩铀”。原则上只要U235丰度超过0.7%（天然铀）的铀材料就是浓缩铀，但在实际使用中，0.7%以上的浓缩铀存在着巨大的浓度数值差异。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%~5%的U235为核电站发电使用的低浓缩铀，丰度大于20%的为高浓缩铀，其中丰度大于90%的为武器级高浓缩铀。 因此，从能量密度的角度来看，浓缩铀中U235丰度的差异，会造成1KG材料中所含能量存在10-30倍的差异。 再来看“汽车”。根据《汽车和挂车类型的术语和定义》（GB/T 3730.1-2001），“汽车指由动力驱动，具有四个或四个以上车轮的非轨道承载的车辆”。而在此范畴内，汽车的体积、重量差异很大。举例来说，传统家用汽车重量为1.5吨左右，而大型货车与专业作业车的重量可以轻松超过100吨，如专业矿石运输车利勃海尔T284，其自身重量为237吨，载重量可达363吨。 综合上述两个不确定性问题，回答“1KG浓缩铀可以让一辆汽车跑多远”，就需要进行不同的假设。

02 最理想的省油钱 情况是...... 理想假设是：浓缩铀U235丰度尽可能高，汽车重量尽可能小。 在该假设背景下，问题就变成了—— 采用U235丰度接近100%的高浓铀，通过一个可以忽略重量的反应堆，为普通家用汽车提供动力，可以让汽车走多远？ 1KG铀-235完全裂变可以释放约合2280万度电的能量，假设反应堆能量转化效率与传统压水堆能量转化率相近，取35%，那么可以发出约800万度电。 以特斯拉model 3后轮驱动版举例，其电池容量为60度，续航里程为556公里。800万度电能够推动其行驶约7400万公里，不考虑汽车老化的理想假设下，1KG浓缩铀可推动其绕地球行驶1850圈。 03 然而现实是...... 事实上，从客观实际的角度出发，相应的假设要保守得多。 首先，高丰度的浓缩铀是受国际管制的，由于存在安全（临界）与安保风险，高浓铀不可能作为民用运输工具上的普遍性材料，因此使用压水堆常用的3%-5%的低浓铀作为燃料更具可行性。 其次，装载反应堆的汽车需要装备与反应堆屏蔽防护、安全安保、能源转换等功能相对应的各类配套装置，如辐射屏蔽层、安全保护系统、能量转换装置等。此处按100吨进行假设。 还需要关注的是，小型（相对核电厂而言）核能转换装置的能源效率，与大型核能发电装置能效相比，成倍地降低。当前大型的核能发电厂的热效率约为33%，且往往越是大型核电厂，其发电效率就越高，反之，发电效率就越低。此处假设车载反应堆的核能转化效率为17%。 如此一来，讨论的题目就变成—— 在不考虑反应堆具体设计的前提下（不考虑1KG低浓铀能否产生持续链式反应），针对安装有反应堆（核能转化效率为17%）的汽车（重量100吨）上，使用1KG低浓铀（3%左右富集度），推动车辆行驶，可以让汽车走多远？ 参考SYS80核电厂相关参数，其1KG核燃料可生产43万度电，小型车载反应堆在保守假设下可以发电22万度，同时考虑汽车重量是传统汽车的50倍，沿用特斯拉model 3的耗电率假设（核能汽车与当前电动汽车在单位重量单位里程的耗电量一样），综合推算可得，22万度电能够推动重量为100吨载有反应堆的汽车行驶约4万公里。 假设乘用车年平均行驶里程为1.25万公里，平均寿命为5年，其寿期里程需求为6.25万公里，1KG的低浓铀还不足以满足需求。 04 综上...... 在理想情况下，1KG浓缩铀可推动传统汽车行驶7400万公里，可以充分解决“里程焦虑”；而结合各类现实因素后，现实的情况是，1KG的低浓铀仅能推动装载反应堆的汽车行驶约4万公里，无法充分解决“里程焦虑”，且车辆与燃料成本巨大。 所以，更高效的核能利用途径就是： 核电厂以更高的能量效率将低浓铀中的核能转换为电能，再通过充电桩、电池将电能传导至电动汽车，那样，1KG低浓铀所释放的能量，将会同时用于更多的车辆，其释放的电量可以带动1000辆小汽车行驶7.4万公里。 05 前方高能，要上价值了 如今，网友之所以可以热烈地讨论“如果汽车用上反应堆，1KG浓缩铀可以让一辆汽车跑多远”，足见，在公众眼中核反应堆越来越安全可控，正期待核技术更广泛地应用于生活中，这无疑是对核工业人几十年来努力的最好肯定与回馈。 毋庸置疑，核能是一种清洁低碳能源。当前，核反应堆正在朝着两极发展，大堆越来越经济安全，小堆（微堆）技术也正持续进步，就在海南昌江，全球首个陆上商用小型反应堆正在如火如荼地建设中，而这仅仅只是开端，相信在未来，核能发展空间愈发广泛，而核动力汽车也不再只是假设。 策划｜胡春玫 文字｜中核战略规划研究院 宿吉强 原标题：《1KG浓缩铀可以让一辆汽车跑多远》 阅读原文