目前，核反应堆被用作船舶和航空航天现有设备的主要动力来源。然而，航空业在大多数情况下仍然使用化学燃料。根据现役机型的计算，为了让飞机获得更长的滞留时间，燃油占飞机总重量的30%以上，极大地限制了飞机的性能水平。

与传统化石燃料相比，核电站不仅具有理论上无限的续航时间，而且不需要氧气参与其工作，因此不会受到气压的限制，为飞机的发展提供理论支持可以到达整个地球。 .也是基于核动力不需要氧气的原理，核动力飞机可以在任何有大气的环境下工作。由于许多行星表面大气浓度不同，如果我们今天开始加大对核动力汽车的研发投入，未来中国将成为外星行星探测领域的行业领先者。

▲从美国NB-36H核动力试验机可以看出，1950年代，美苏核动力飞机的研究主要集中在核反应堆为涡轮螺旋桨发动机提供动力的阶段。

虽然目前核动力飞机还没有被采用，但是理论技术的积累已经非常成熟了。早在 1940 年代，航空技术领先国家就已经开始了在航空领域使用核电的可行性研究。 1942年，在美国的曼哈顿计划中，美国空军提出研制具有几乎无限续航力的轰炸机和运输机。 “核飞机发动机工程”当时无法全面掌握核反应堆的工作状况，科研管理手段落后。该计划于1961年终止。与此同时，各大科技强国争先恐后地开展核聚变控制研究。苏联试图使用小型核反应堆来推动 4 台涡轮螺旋桨发动机。尽管该飞机测试成功，但由于辐射屏蔽层体积较大，该项目最终中止。 .因此，在21世纪之前，如何提高核动力辐射屏蔽装置的设计紧凑性、减小质量尺寸成为核动力飞机研究的主要方向。

进入21世纪后，为尽快推广使用核聚变反应堆，核反应堆的约束技术主要分为两个研究方向，即磁约束和惯性两个主要技术路线坐月子。

磁约束也称为连续聚变。它将核燃料变成数百万度的高温等离子体浆液，并利用特殊形式的强磁场将等离子体限制在有限的空间内，引发核聚变，释放出巨大的能量，用于发电。或动力推进。目前世界上最先进的技术还处于台架试验阶段，只是为了验证原理的可行性，尚未进入工程设计阶段。

▲亚洲某核电技术强国研发的相关设备

惯性约束聚变也称为脉冲聚变。它利用激光或粒子束照射和压缩含氢同位素氘氚混合材料的靶丸，产生密度比磁约束聚变高1万亿倍的离子。纸浆，导致融合。因为这个反应时间非常快，所以不需要强磁场。但目前，这项技术只能在一个占地约两个足球场大小的实验室进行验证，还远未达到工程样机阶段。

随着可控核聚变技术的发展，洛克希德马丁公司的臭鼬工厂开始设计紧凑型聚变反应堆，利用磁约束聚变原理，采用新的磁场设计，直径直径直径一个圆柱体形状2米高4米，功率100兆瓦，可为8万户家庭提供电力，是同等性能惯性约束聚变反应堆的十分之一。洛克希德马丁公司小型化的关键在于采用了独特的管状设计，在反应堆内部内置了特定形状的磁场，避免了传统核聚变反应堆设计只能容纳有限数量的等离子体的问题。

▲洛克希德马丁公司研制的磁约束航空核反应堆结构示意图

▲激光融合引擎示意图

目前，世界上有几个不同的分支用于开发飞机核电小型化技术。整体来看，小型核聚变装置离实用还很远，尤其是在等离子体靶的形成、传输和点火方面。技术上还是有突破的。我个人的建议是继续加大理论研究的投入，在关键技术原理取得重大突破后进入紧凑设计阶段。从长远发展的角度来看，核电站可以实现长航时飞机的“动力自由”，给空气动力学领域带来一场颠覆性的革命，最终使飞机的航程和载重大幅提升，甚至几天不间断的长度。时间空中飞行。

刘晓峰：装备专家，长期从事武器装备论证和前期研制工作，主持1项军工企业省部级重点项目，为国防建设提供了1项重要决策参考设备，参与新一代装备关键零部件试制2项，为装备研制和使用部门提供了重要的建设性改进意见，被采纳2项，拥有行业专着1部，发表装备发展规划论文1篇。坦克和装甲车委员会议事程序”。

制作：科普中国

作者：刘晓峰

策划：金赫

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文章来源：《环境技术》 网址: http://www.hjjszz.cn/zonghexinwen/2021/0718/1924.html

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