美国航空航天局(NASA)便携式核发电箱正在开发之中，计划于2022年为美国探测火星提供支持。提到核电，人们首先想到的是庞大的核反应堆、发电设施和厚重的混凝土建筑。其实，科技强国都致力于核电设备小型化研究，从能在海上机动的小型浮动核电站，到能放在手推车上携带的便携式核发电箱，能源领域正在发生一场激动人心的革命。

紧急供电和机动供电

美国是小型化核动力系统开发和应用的先行者。1967年，美国建造了世界上第一个小型浮动核电站——“斯特吉斯”MH1A。它于1968年至1975年间向巴拿马运河区提供能源，1977年因安全问题废弃不用。在此后的数十年间，美国在浮动核电站开发方面没有取得什么大的进展，而俄罗斯和中国都不遗余力地致力于小型核动力系统的开发，并不断取得技术上的突破。

俄罗斯已经建造出排水量为2.15万吨的海上浮动核电站。虽然它相当于大型船舶，但与庞大的陆上核电站相比还是要小得多。这种浮动核电站装备两个KLT40型核反应堆，能提供70兆瓦的电力及300兆瓦的热力供应，可以保障一个人口约20万的小型城市的电力及热水供应。此外，浮动核电站还能变身海水淡化净化处理厂，每天能生产24万立方米淡水。

中国已经具备开发建造世界先进大型核电站的丰富实践经验，也拥有成熟的核电重装设备产业供应链。基于这些条件，中国一直在开展核动力系统的小型化和微型化的研究。中国的浮动核电站正式名称为“桁架式海上核动力平台”。它采用模块化技术，建造各种不同规格的模块，然后拼接起来，形成浮岛。其设计用途比较广泛：码头仓储发电、海水淡化，以及作为海洋资源开发保障基地等。

据英国《新科学家》杂志报道，中国开发的浮动核电站的技术先进性主要体现在模块化设计方面：易于安装、运输及换料检修。它能够提供200兆瓦的能量供应，为海上油气开采、海岛开发等应用领域供电、供热和海水淡化。

据美国《旧金山纪事报》报道，浮动核电站的发电能力比陆上核电站要小很多，最多只能达到陆上核电站发电量的25%。但是，浮动核电站的优势在于能够实施紧急供电和机动供电。一旦某个沿海城市因遭受台风等灾害的袭击而失去供电能力，那么浮动核电站就可以赶赴受灾城市附近水域，为城市紧急供电，确保居民的生活能源供应不受影响，同时确保当地企业能够尽快恢复生产。集群化的浮动核电站可确保沿海城市群在受灾后仍能维持正常运转。

报道指出，近年来飓风频频对美国沿海地区造成重创，例如休斯敦市的4万5万户居民的家园曾遭到严重破坏，城市供电一度中断。面对沿海地区经常遭受自然火害的现状，美国应该像俄罗斯和中国那样重视浮动核电站的研究，开发并部署一定数量的浮动核电站，以确保遭受灾害的沿海地区的能源供应。

安全性优于陆上核电站

陆上核电站的核反应堆处于高温高压状态，具有很高的能量密度。因此，现代化的核反应堆(并非切尔诺贝利一类的老式石墨沸水反应堆)在设计之初就充分考虑失控时可能发生的爆炸，其涉及安全的所有重要设备都被安置在壁厚达1米以上的钢筋混疑土压力安全壳内。即使压力壳被导弹等武器击中，也未必会使反应堆失控，因为压力壳内有安全模块(核反应堆出状况时就会启动)。即使压力安全壳内的管道和蒸汽发生器等设备，这些设备中的几个同时遭到破坏，也在安全设计的考虑范围之内，确保安全系统发挥作用。一旦核反应堆发生事故，安全设施可以依靠重力和压力等非能动运作，不必依赖外力和电源，这样可以避免因丧失电源导致安全防护失效。在安全系统的作用下，核反应堆能够立即停止运行，并避免发生辐射物泄漏。

那么，相比之下，浮动核电站的安全性能够令人放心吗?

据俄罗斯《能源》杂志报道，海上小型浮动核电站的安全性优于陆上核电站。浮动核电站功率较小，设计上采用更先进的理念，本身固有的安全性更高。它来用紧奏型布局，反应堆压力容器与蒸汽发生器之间采用短套管连接，可以有效避免大破口事故的发生。浮动核电站处于远离陆地的海上，不易受地震的影响即便发生地震，震源的地震波也难以被海水传递。另外，海洋本身可以作为“应急散热器”，在发生事故时，浮动核电站可以将海水引入内部，阻止堆芯熔化，保证核反应堆的安全。另外，在日常检测和维护方面，浮动核电站也不存在短板。由于海上浮动平台体积较小，它们可以被牵引到专门的场所进行集中检测和维护。

足够25000人使用5年

虽然美国在浮动核电站开发方面进展不大，但它瞄准了更小、更便捷的核动力装置。NASA下属的未来太空运行工作组(FISO)正在开发核发电箱。这种微型核动力装置能在火星上完成多种任务，为宇航员提供电力、热量和氧气。

据美国《核能》杂志报道，核发电箱里面充满了铀氢化物，外面用混凝土包裏。它的体积只有一个普通拉杆行李箱那么大，用手推车即可运载。即使加上配套的冷却系统，其总重量也被控制在15吨之内，比普通的小汽车还轻。5个核发电箱作为个工作单元组，用一辆卡车就能运输，而产生的能量足够个25000人的社区使用5年，这堪称能源领域具有划时代意义的产品。

在行星登陆计划中，美国宇航员可以携带手提式核发电箱进行供电。虽然其功率不是非常大，但恰到好处，可以灵活使用。如果人类计划登上小行星，那么可以将核发电箱放置在陨石坑或者洞穴中，一来可保证科学仪器正常工作，二来可借助外星环境对核电设备进行保护。

核发电箱可以作为氧气或氢气发生器的电源，也可以作为充电设备，用来给月球车或者火星车充电。它还可以用于其他太空任务，例如，被发射到国际空间站，作为能量供应装置。

核发电箱所产生的能量不仅可以用于生产可呼吸的氧气、饮用水、电力和热量，还能生产由甲烷和液氧制成的推进剂，用于将飞船发射到火星轨道上。另外，有了充足的电力，基地的建设在月球和火星上将变得更快捷、更经济。

NASA计划在太空和包括火星在内的其他行星上使用这种动力装置。根据该机构的估计，未来的小型火星基地大约需要40万干瓦的电力运行。4个核发电箱相互连接就可以产生必要的电力。NASA计划为美国的火星探测小组配备5个核发电箱，其中个作为备用能源。

人们可能会有这样的疑问：核反应堆是持续工作的，停机和启动都要经过复杂的程序，核发电箱如何对此进行控制？NASA设计的小型核反应堆具备自我调节功能。其核心是一个经过改良的部件一一将热能转化为电能的斯特林发动机。开发人员创建了一个系统，当需要较多电力时，该系统可以自行提高反应速度；当电力需求下降时，系统可以降低反应速度，在不停机的情况下低速运行。

严密的安全操作规则

核发电箱面临与浮动核电站同样的问题：它安全吗？

NASA提供给《核能》杂志的报告显示，虽然核发电箱使用核裂变的方式产生能量，但它的安全性极高，不会发生核泄漏等灾难性事故。由于这种能量装置一直在低功耗的水平上运行，因此不会发生核反应堆崩溃的问题。如果有外力作用导致其受损，那么小型核反应堆就会立即自动停止工作，以确保安全。

NASA还为核发电箱设定了一套严密的核安全使用规范。首先是防触电，核反应性需要非常高的电压才能工作，一般会产生高达1万伏的电压。宇航员在操作核发电箱时必须非常小心，避免自己和他人遭受高压电击的伤害；其次是防辐射，虽然核发电箱的设计理念非常环保，几乎不会产生放射污染，但NASA仍然要求核发电箱的运输和使用操作遵循严格的防辐射隔离程序：运输工具和装载容器必须加装防辐射隔离板，操作人必须穿着防辐射服，并配备核辐射探测装置。