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----------美國國防部將微型移動式核反應堆作為軍用能源技術的革命性創新，認為其將成為解決後勤“長尾問題”的有效技術手段，使美軍能在全球任何地方開展大規模持續作戰行動。
一、設計合同
2020年3月，美國國防部授予BWX技術公司、西屋公司及X-energy公司三個團隊合同，開展移動式微型核反應堆原型的設計工作。合同來自美國國防部戰略能力辦公室（SCO）的“貝利”項目（Project Pele）。
“貝利”項目旨在開發一種安全、移動式的先進微型反應堆，以支持為偏遠基地供電等多種任務。該移動式微型反應堆可通過公路、鐵路、海上及空中運輸等手段實現安全、快速部署，且能迅速啟動和關閉。
圖1 移動式微型核反應堆示意圖
該項目於2019年1月開始啟動，分兩個階段實施：
第一階段主要是設計，BWX技術公司、西屋公司和X-energy公司三個團隊分別獲得1350萬美元、1190萬美元和1430萬美元，開展為期2年的工程設計，以評估微型反應堆的安全性和可靠性，並降低技術和製造風險。
第二階段是建造，美國國防部將對微型反應堆的設計是否能達到安全性能要求開展評估，並從三家公司中選出獲勝的一家，開展反應堆原型的建造和演示，該反應堆原型功率在1~5兆瓦的範圍。
二、研發背景
儘管戰場上的武器系統和信息技術已取得巨大的進步，但當前軍隊仍幾乎和二戰時期一樣，在很大程度上依賴需要通過管道、卡車和艦船運輸的液體化石燃料。美國國防部每年要消耗近30TWh的電量，單日的燃油消耗量超過1000萬加侖，能源消耗量還在持續增加。
在近期對外戰爭中，美國對燃料的依賴成為一個致命弱點：在伊拉克和阿富汗戰爭的高峰期，導致美軍士兵死亡的最大因素來自於為燃油和飲水運輸護航。隨著更多高耗能的先進武器投入使用，未來戰爭對能源的依賴將進一步增強，需要更高能量密度的技術手段。另一方面，雷達站、導彈防禦等重要軍事基地需要穩定、安全和持續的電源供應，而隨著網絡安全形勢日益嚴峻，電網遭受敵方網絡攻擊導致電網中斷的風險不斷增加。這些重要基地需要更加獨立的分佈式電源供電。
與此同時，隨著近年來俄羅斯和中國在“浮動核電站”等裝備上的快速進步，美國擔憂其核技術領先地位會被俄羅斯和中國取代。美國需要重新掌握技術制高點，為軍隊提供最具創新的先進核技術。
因此，美國國防部將微型移動式核反應堆作為軍用能源技術的革命性創新。美國國防部認為，一個安全的微型移動核反應堆將提供幾乎無限且安全可靠的能源供應，成為解決後勤“長尾問題”的有效技術手段，使美軍能在全球任何地方開展大規模的持續的作戰行動。
圖2 美國核電站
三、技術方案
大部分在運行的商業核電站發電功率都在1000兆瓦級。在不久的將來，發電功率在50~300兆瓦的小型模塊化反應堆（SMR）將獲得許可進入商業運行。微型反應堆根據其具體的尺寸，功率可在低於1兆瓦到大約20兆瓦，擁有多種用途。絕大部分微型反應堆採用的核燃料富集度比普通商業核電站（2%~5%）更高，在5%~20%之間，但仍屬於低富集度核燃料（高於20%為高富集度燃料，武器級核燃料富集度達90%以上）。
美國國防部希望其微型核反應堆採用三結構同向性型包覆顆粒(TRISO) 燃料元件，該燃料元件設計將核燃料固結在由石墨和陶瓷包覆的顆粒內部，能承受更高的極端溫度，有效防止堆芯熔化，提高固有安全性；遭受攻擊或戰損時，燃料顆粒還能最大程度地減少放射性物資的洩露，減少危害。根據美國國防部戰略能力辦公室在2019年發佈的方案徵求書，國防部的微型反應堆還有一個更顯著的特點，就是在失去電源時能採用被動冷卻，因此其無需備用柴油發電機，也無需靠近水源。
參與美國國防部移動式微型反應堆設計競爭的西屋公司、X-energy公司及BWX技術公司在核能技術方面有豐富的積累和經驗，微型核反應堆的設計也已有一定的基礎。其中，西屋公司將利用合同提供的資金，完成其軍用版eVinci移動核電站原型的設計。eVinci微型反應堆是西屋公司發展的面向分佈式發電市場的下一代小型模塊化反應堆，發電功率在200千瓦到15兆瓦。其設計可運行至少10年，無需像普通商業核電站那樣頻繁換料。西屋公司指出eVinci反應堆的被動安全特性，使其可在無額外控制、外部電源或運行干涉的情況下，安全地運行和關閉。軍用版eVinci反應堆可利用標準軍事運輸平臺提高可運輸性。X-energy公司將推進其X-battery微型核反應堆的設計，該微型反應堆是一型可由公路運輸的高溫氣冷球床反應堆，熱功率在10兆瓦級，採用石墨球形燃料元件。該反應堆可自動運行，無需現場操作員，預期單次換料可運行10年。BWX技術公司的微型反應堆研究也已開展多年。
四、應用前景
2001年到2010年間，在伊拉克和阿富汗美國士兵一半以上的傷亡（超過18000人）是執行燃料和水的運輸護送任務時造成的。當前的能源依賴不可避免地帶來了後勤補給的“長尾問題”。同時，美國陸軍能源使用模式正在從化石燃料轉向電能，定向能武器、電磁軌道炮、電動車輛、無人機及士兵通訊網絡等全都依賴電力，將進一步增加美陸軍的能源需求量。
圖3 美軍利用卡車運輸微型核反應堆構想圖
因此，移動式微型核反應堆將主要用於陸軍。美國陸軍設想微型反應堆發電站為集裝箱大小，可由卡車或貨機運送，前期將主要用於軍事基地而不是戰區。此外，微型反應堆在救災和人道主義救援時也能有效發揮作用。儘管微型核反應堆能帶來重要的戰略和戰術優勢，但其安全性始終是關鍵問題，未來能否真正帶來軍用能源的革命仍有待進一步驗證。
（藍海星）
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