Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Киломощный реактор
Kilopower Experiment.jpg
Прототип ядерного реактора НАСА мощностью 1 кВт мощностью 1 кВт для использования в космосе и на поверхности планет
ПоколениеЭкспериментальный
Концепция реакторадвигатель Стирлинга
СтатусВ развитие
Основные параметры активной зоны реактора
Топливо ( делящийся материал )ВОУ :  235 U
Состояние топливаЦельный (литой цилиндр)
Первичный метод контроляРегулирующий стержень из карбида бора
Отражатель нейтроновРадиальный отражатель из оксида бериллия
Теплоноситель первого контураНатриевые тепловые трубки
Использование реактора
Основное использованиеДлительные космические полеты
Мощность (тепловая)4,3–43,3 кВт т
Мощность (электрическая)1–10 кВт
Веб-сайтwww .nasa .gov / directorates / spacetech / kilopower

Kilopower - экспериментальный проект, направленный на производство новых ядерных реакторов для космических путешествий . [1] [2] Проект стартовал в октябре 2015 года под руководством НАСА и Министерством энергетики «ы Национальной администрации по ядерной безопасности (NNSA). [3] По состоянию на 2017 год предполагалось, что реакторы Kilopower будут четырех размеров, способные производить от одного до десяти киловатт электроэнергии (1-10 кВт эл. ) Непрерывно в течение двенадцати-пятнадцати лет. [4] [5] В реакторе деления используется уран-235 для выработки тепла, которое передается в преобразователи Стирлинга.с пассивными натриевыми тепловыми трубками . [6] В 2018 году были объявлены положительные результаты испытаний демонстрационного реактора Kilopower с использованием технологии Стирлинга ( KRUSTY ). [7]

Потенциальные применения включают ядерную электрическую двигательную установку и стабильное электроснабжение для пилотируемых или роботизированных космических миссий, которые требуют большого количества энергии, особенно там, где солнечный свет ограничен или недоступен. НАСА также изучило реактор Kilopower в качестве источника питания для пилотируемых миссий на Марс. Во время этих миссий реактор будет отвечать за приведение в действие оборудования, необходимого для отделения и криогенного хранения кислорода из марсианской атмосферы для топлива поднимающихся аппаратов. Как только люди прибудут, реактор будет питать их системы жизнеобеспечения и другие потребности. Исследования НАСА показали , что 40 кВт е реактор будет достаточно , чтобы поддержать команду от 4 до 6 космонавтов. [8]

Описание [ править ]

Реактор топливом с помощью сплава , содержащего 93% урана-235 и 7% молибдена . [9] [10] Активная зона реактора представляет собой конструкцию из твердого литого сплава, окруженную отражателем из оксида бериллия , который предотвращает выход нейтронов из активной зоны реактора и позволяет цепной реакции продолжаться. Отражатель также снижает выбросы гамма-излучения, которое может повредить бортовую электронику. [11] Урановая активная зона позволяет избежать неопределенности в поставках других радиоизотопов, таких как плутоний , которые используются в РИТЭГах . [12] Уран-235 имеет явный недостаток: его период полураспада составляет более 700 миллионов лет, тогда как период полураспада плутония, используемого в РИТЭГах, составляет 87,7 года.

Прототип реактора KRUSTY мощностью 1 кВт e Kilopower весит 134 кг и содержит 28 кг реактора.235
U
. Пространство номинальная 10 кВт е Kilopower на Марс , как ожидается , к массовым 1500 кг в общей сложности (с сердечником 226 кг) и содержат 43,7 кг235
U
. [5] [13]

Управление ядерной реакцией обеспечивается одним стержнем из карбида бора , который является поглотителем нейтронов . Реактор предназначен для запуска в холодном состоянии, что исключает образование высокорадиоактивных продуктов деления . Когда реактор достигает места назначения, поглощающий нейтроны борный стержень удаляется, чтобы дать возможность начать ядерную цепную реакцию . [9] После того, как реакция инициирует, распад из серии продуктов деления не может быть полностью остановлен. Однако глубина введения регулирующего стержня обеспечивает механизм для регулировки скорости деления урана, позволяя тепловыделению соответствовать нагрузке.

Пассивные тепловые трубки, заполненные жидким натрием, передают тепло активной зоны реактора одному или нескольким свободнопоршневым двигателям Стирлинга , которые совершают возвратно-поступательное движение для привода линейного электрического генератора . [14] Температура плавления натрия составляет 98 ° C (208 ° F), что означает, что жидкий натрий может свободно течь при высоких температурах от примерно 400 до 700 ° C (750 и 1300 ° F). Ядерные зоны деления обычно работают при температуре около 600 ° C (1100 ° F).

Реактор спроектирован так, чтобы быть искробезопасным в широком диапазоне условий и сценариев. Для смягчения последствий ядерного распада используются несколько механизмов обратной связи . Основным методом является пассивное охлаждение, при котором не требуются механические механизмы для циркуляции хладагента. Конструкция реактора является саморегулирующейся за счет геометрии конструкции, которая создает отрицательный температурный коэффициент реактивности . [15] Фактически это означает, что по мере увеличения потребности в мощности температура реактора падает. Это заставляет его сжиматься, предотвращая утечку нейтронов, что, в свою очередь, приводит к увеличению реактивности и увеличению выходной мощности для удовлетворения спроса. Это также работает в обратном порядке в периоды пониженного энергопотребления. [13]

Демонстрация использования деления с плоской вершиной [ править ]

Разработка Kilopower началась с эксперимента под названием DUFF или Демонстрация с использованием деления с плоской вершиной , который был испытан в сентябре 2012 года с использованием существующей сборки Flattop в качестве источника ядерного тепла. Когда DUFF был испытан на заводе по сборке устройств на испытательном полигоне в Неваде , он стал первым двигателем Стирлинга, работающим на энергии деления, и первым применением тепловой трубы для передачи тепла от реактора к системе преобразования энергии. [16] По словам Дэвида Постона, руководителя группы разработчиков компактных реакторов деления, и Патрика МакКлюра, менеджера проектов малых ядерных реакторов в Лос-Аламосской национальной лаборатории , [1]Эксперимент DUFF показал, что «ядерные испытания систем реакторов малой мощности могут быть выполнены с разумными затратами и графиком в рамках существующей инфраструктуры и нормативно-правовой базы». [16]

KRUSTY тестирование и первое деление [ править ]

Макет активной зоны из обедненного урана, изготовленный на Y-12 для эксперимента KRUSTY.
Тепловые трубы KRUSTY во время испытания на электрообогрев

В 2017 году был завершен испытательный реактор KRUSTY. KRUSTY разработан для выработки до 1 киловатта электроэнергии и имеет высоту около 6,5 футов (1,9 метра). [17] Целью испытательного реактора является точное соответствие эксплуатационным параметрам, которые потребуются НАСА для миссий в дальний космос. [18] В первых испытаниях использовался сердечник из обедненного урана, изготовленный комплексом национальной безопасности Y-12 в Теннесси. Обедненный уран ядро точно такой же материал , как регулярные высокообогащенного урана (ВОУ) ядро с той лишь разницей, уровень обогащения урана . [1]

В прототипе Kilopower используется сплошная литая активная зона реактора из урана-235 размером примерно с рулон бумажного полотенца. Тепло реактора передается по пассивным натриевым тепловым трубам , при этом тепло преобразуется в электричество двигателями Стирлинга . Испытания для достижения уровня технологической готовности (TRL) 5 начались в ноябре 2017 года и продолжались в 2018 году. [4] Испытания KRUSTY представляют собой первые наземные испытания любого космического реактора в Соединенных Штатах после испытания экспериментального реактора SNAP-10A. и в конечном итоге полетел в 1965 году. [1]

В период с ноября 2017 года по март 2018 года тестирование KRUSTY проводилось на сайте национальной безопасности штата Невада . Испытания включали проверку термических характеристик, материалов и компонентов и завершились успешным испытанием деления на полной мощности. Были смоделированы различные неисправности вспомогательного оборудования, чтобы обеспечить безопасную реакцию реактора. [2]

Реактор KRUSTY был запущен на полную мощность 20 марта 2018 г. в ходе 28-часовых испытаний с использованием Активная зона реактора с ураном-235 массой 28 кг . Достигнута температура 850 ° C (1560 ° F), что дает около5,5 кВт мощности деления. В ходе испытаний оценивались сценарии отказов, включая остановку двигателей Стирлинга, регулировку тяги управления, термоциклирование и отключение системы отвода тепла. Тест Scram завершил эксперимент. Тест был признан очень успешной демонстрацией. [19]

См. Также [ править ]

  • Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга
  • Ядерная энергия в космосе
  • Радиоизотопный термоэлектрический генератор
  • РАПИД-Л
  • Малый модульный реактор
  • SNAP-10A

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Гибсон, Марк; Олесон, Стивен; Постон, Дэвид; МакКлюр, Патрик. "Развитие реактора НАСА киловысокой мощности и путь к более мощным миссиям" (PDF) . НАСА . Проверено 25 марта 2018 года .
  2. ^ a b Ян Уиттри, Джина Андерсон. «Демонстрация доказывает, что система ядерного деления может дать энергию для исследования космоса» . НАСА . Проверено 2 мая 2018 года .
  3. ^ "Kilopower Small Fission Technology (KP)" . TechPort.nasa.gov . НАСА. 9 августа 2011 . Проверено 16 мая 2018 года .
  4. ^ а б Лора Холл. «Повышение доступности людей НАСА для Красной планеты» . NASA.GOV . НАСА . Проверено 15 ноября 2017 года .
  5. ^ a b МакКлюр, Патрик Рэй (6 марта 2017 г.). «Разработка космического ядерного реактора» . Обзор возможностей ядерной инженерии . LA-UR-17-21904: 16 . Проверено 16 мая 2018 года .
  6. ^ "Медиа-слайды проекта Kilopower" (PDF) . NASA.GOV . НАСА и Лос-Аламос . Проверено 26 января 2018 года .
  7. ^ Демонстрация доказывает, что система ядерного деления может обеспечить мощность для исследования космоса . Шон Поттер, Новости НАСА. 2 мая 2018 года. РЕЛИЗ 18-031.
  8. ^ «Развитие реактора НАСА киловысокой мощности и путь к более мощным миссиям» (PDF) . НАСА .
  9. ^ a b Гибсон, Марк А .; Мейсон, Ли; Боуман, Шерил; и другие. (1 июня 2015 г.). "Развитие малой системы деления энергии НАСА для науки и исследований человека" . 50-я Совместная двигательная конференция . НАСА / TM-2015-218460: 4 . Проверено 16 мая 2018 года .
  10. ^ Ядерный реактор НАСА Kilopower изменит правила игры в освоении космоса . Марк Р. Уиттингтон, Хилл . 10 мая 2019.
  11. ^ Szondy, Дэвид (2 мая 2018). «НАСА успешно тестирует космический реактор нового поколения» . Новый Атлас . GIZMAG PTY LTD . Проверено 12 июня 2018 года .
  12. ^ Фауст, Джефф (10 октября 2017). «Поставки плутония для миссий НАСА сталкиваются с долгосрочными проблемами - SpaceNews.com» . SpaceNews.com . Проверено 16 мая 2018 года .
  13. ^ a b МакКлюр, Патрик Рэй (8 июля 2019 г.). «Малый реактор деления для планетной энергии на поверхности и в дальнем космосе» (PDF) . Проверено 16 июля 2019 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ Патрашка, Даниил (3 мая 2018). "Ядерный реактор НАСА КРАСТИ мог бы обеспечивать энергией форпосты на Марсе в течение многих лет" . автоэволюция . SoftNews NET . Проверено 12 июня 2018 года .
  15. ^ "KRUSTY: Первый из новой породы реакторов, киломощность, часть II" . Помимо NERVA . за гранью. 19 ноября 2017 года . Проверено 16 мая 2018 года .
  16. ^ а б Постон, Дэвид; МакКлюр, Патрик (январь 2013 г.). «Эксперимент DUFF - чему научились?» . Ядерные и новые космические технологии .
  17. ↑ Ирэн Клотц (29 июня 2017 г.). «НАСА для испытания мощности деления для будущей колонии на Марсе» . Space.com . Проверено 15 ноября 2017 года .
  18. ^ Санчес, Рене (март 2017). «Киловаттный реактор с использованием технологии Стирлинга (KRUSTY), обновление эксперимента, март 2017 г.» (PDF) . Национальный исследовательский центр критических экспериментов . Проверено 25 апреля 2018 года .
  19. ^ "KRUSTY: У нас есть расщепление! Часть III килоперфорации" . Помимо NERVA . за гранью. 2 мая 2018 . Проверено 16 мая 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Kilopower веб-сайт НАСА
  • Kilopower: путь к безграничной силе исследований на YouTube
  • Малый реактор для исследования глубокого космоса - Лос-Аламосская национальная лаборатория на YouTube
  • Kilopower Reactor - публичная презентация в августе 2018 года на YouTube
  • Килопауэр - факты
  • Концепция космического реактора KiloPower - Исследование реакторных материалов