摘要：中国科学家发现NASA登月核反应堆寿的致命缺陷，并找到了解决方案，使中国方案更高效、更持久、更安全。这项研究已公开发表在《原子能科学技术》2025年第59卷第1期，并被选为封面文章。

中国科学家发现NASA登月核反应堆寿的致命缺陷，并找到了解决方案，使中国方案更高效、更持久、更安全。这项研究已公开发表在《原子能科学技术》2025年第59卷第1期，并被选为封面文章。

月球上的的夜晚极其漫长，整整14个地球日后才能迎来白天。太阳能电池板在这段时间内完全失效，任何依赖太阳能的基地都将陷入能源危机。这就是为什么核能会成为各国登月计划的"香饽饽"。

2019年，NASA重返月球计划提出了"裂变表面动力系统"（FSP）概念，希望打造一个能提供40千瓦电力（相当于地球上30个家庭10年的用电量）的小型核反应堆。这个反应堆需要能够自主运行，并被部署在月球登陆器或月球车上。

设计方案披露后，中国原子能科学研究院（CIAE）的核工程师团队发现，NASA的设计存在一个不容忽视的缺陷。

NASA的FSP反应堆采用了无中子慢化的快中子谱设计，使用圆柱形铀燃料棒。这种设计虽然紧凑，但存在三个关键问题：

1、需要高浓缩铀：NASA设计需要约70公斤铀-235，这意味着更高的成本和更严格的安全要求。

2、使用寿命受限：由于燃料棒膨胀问题（核燃料在长期辐射下的物理膨胀），反应堆寿命被限制在8年以内。

3、安全冗余不足：仅依赖单路控制鼓进行反应性调节，缺乏双重关闭保障机制。

"当我们分析NASA的设计时，发现它的基础思路很好，但这些问题会严重限制其在月球的应用价值，"中国原子能科学研究院核工程设计研究所的首席反应堆设计师赵守志和他的团队在发表的论文中表示。

中国科学家的创新之处在于引入了环形燃料棒和氢化钇中子慢化剂的组合设计，这一改动看似简单，却彻底解决了传统设计的局限性。

技术创新点一：双面散热的环形燃料棒

与NASA使用传统圆柱形燃料棒不同，中国的双面环形燃料棒将二氧化铀颗粒包裹在不锈钢包层中，允许中子慢化和热量散发同时在内外表面进行。

这就像是把传统的圆形火柴改造成中空的环形，让火同时向内外两个方向传递热量，效率自然大大提高。

技术创新点二：稳定的氢化钇慢化剂

在极端温度下保持稳定的氢化钇慢化剂（YH1.8），最大限度地减少了早期氢化锆系统中存在的氢泄漏风险。根据研究，在600℃的使用温度下，YH1.8的分解压力仅为约0.5帕，是ZrH1.4的约1/200，基本可以忽略氢泄漏问题。

这意味着中国反应堆只需要一层薄薄的铍反射器来捕获逃逸中子，进一步提高了效率。

技术创新点三：双重冷却通道和安全机制

设计中的双冷却通道使NaK-78液态金属可以流过内外燃料间隙，将核心温度保持在600摄氏度以下。三根碳化硼安全棒和八个旋转控制鼓提供了冗余关闭机制，大大提高了安全性。

通过氢化钇将快中子转化为热中子，中国的设计仅需18.463公斤铀-235就能实现持续链式反应，这仅为NASA FSP快堆所需70.340公斤的四分之一！

这些数据表明，中国的设计不仅效率更高，而且更经济、更安全、更持久。

中国的月球反应堆设计并非凭空而来。赵守志及团队在论文中坦言，他们的设计借鉴了前苏联TOPAZ-II反应堆的堆芯结构，创新性地将热离子燃料元件替换为环形燃料元件，将氢化锆替换为更加稳定的氢化钇，并结合美国FSP方案的系统结构进行了重大改进。

值得注意的是，中国团队指出，包括美国西屋公司在内的主要核能企业都能快速生产这些环形燃料棒。这一细节似乎在暗示：技术上的差距并非不可逾越，关键在于创新思维。

而NASA正面临预算削减和人员裁减，这正在放缓其月球计划（如阿尔忒弥斯计划）的进展。中国的这一技术突破，有可能加速其月球雄心，使其在建立持续月球基地方面处于领先地位。

月球基地的建设绝非简单的科技展示，而是关乎未来太空资源开发的重要一步。谁能在月球建立长期可持续的基地，谁就能在未来太空资源争夺中占据先机。

核能作为月球基地的能源命脉，其技术竞争实际上反映了大国太空战略的深层博弈。中国在这一领域的突破，或将改变太空探索的力量平衡。

这不仅仅是一个技术问题，更是战略视野和国家意志的体现，一位航天政策专家评论说，谁能解决月球基地的能源问题，谁就能在未来太空经济中占据制高点。

从环形燃料棒到氢化钇慢化剂，中国科学家的这些看似小的改动，却解决了三个关键问题：

通过采用环形燃料元件并对栅格参数进行优化设计，解决了固体慢化剂带来的全堆正温度效应问题；

通过引入安全棒设计，解决了特殊临界安全要求问题；

通过采用YH1.8慢化剂，解决了慢化剂的氢泄漏问题。

这些创新可能彻底改变月球探索的未来格局，也再次证明，在高科技领域，创新思维往往比资源投入更能带来质的飞跃。

当NASA工程师还在为反应堆效率和寿命问题绞尽脑汁时，中国科学家已经提出了更优解决方案。这是否意味着太空探索的新格局正在形成？月球核能竞赛或许只是一个开始。

参考文献：

SHI Yunda, ZHAO Shouzhi, SUN Zheng, HU Binhe, YUAN Xiaoming, YANG Rui. Study on Nuclear Design of Long-life Lunar Surface Nuclear Reactor Power Supply Based on Annular Fuel[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2025, 59(1): 1-13. DOI: 10.7538/yzk.2024.youxian.0797

来源：徐德文科学频道