Войти
| Киломощный реактор | |
|---|---|
 Прототип ядерного реактора НАСА мощностью 1 кВт для использования в космосе и на поверхности планет | |
| Поколение | Экспериментальный |
| Концепция реактора | Двигатель Стирлинга |
| Статус | В разработке |
| Основные параметры активной зоны реактора | |
| Топливо (делящийся материал ) | ВОУ : U |
| Состояние топлива | Цельный (литой цилиндр) |
| Метод первичного контроля | Карбид бора управляющий стержень |
| Нейтронный отражатель | Оксид бериллия радиальный отражатель |
| Первичный теплоноситель | Натрий тепловые трубы |
| Использование реактора | |
| Основное использование | Длительные космические полеты |
| Мощность (тепловая) | 4,3–43,3 кВт th |
| Мощность (электрическая) | 1–10 кВт |
| Веб-сайт | www.nasa.gov / directorates / spacetech / kilopower |
Kilopower - экспериментальный проект по созданию новых ядерных реакторов для космических путешествий. Проект стартовал в октябре 2015 года под руководством НАСА и Национального управления ядерной безопасности (NNSA) Министерства энергетики США. По состоянию на 2017 год предполагалось, что реакторы Kilopower будут иметь четыре размера, способных производить от одного до десяти киловатт электроэнергии (1-10 кВт e) непрерывно в течение двенадцати-пятнадцати лет. В реакторе деления используется уран-235 для выработки тепла, которое передается в преобразователи Стирлинга с пассивными натриевыми тепловыми трубками. В 2018 году были объявлены положительные результаты испытаний демонстрационного реактора киловаттной мощности с использованием технологии Стирлинга (KRUSTY ).
Возможные области применения включают ядерную электрическую двигательную установку и стабильное электроснабжение для пилотируемых или роботизированных космических миссий, требующих большого количества энергии, особенно там, где солнечный свет ограничен или недоступен. НАСА также изучило реактор Kilopower как источник 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 реактора мощностью 40 кВт e будет достаточно для поддержки экипажа из 4-6 астронавтов.
Реактор заправляется сплавом на 93% уран-235 и 7% молибден. 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. Урановая активная зона позволяет избежать неопределенности с поставками других радиоизотопов, таких как плутоний, которые используются в РИТЭГах. 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 КРУСТИ 1 кВт е Киломощный реактор весит 134 кг и содержит 28 кг. U.. Помещение мощностью 10 кВт e Килоэнергетика для Марса, как ожидается, будет иметь общую массу 1500 кг (с активной зоной массой 226 кг) и содержать 43,7 кг. U..
Ядерная реакция Управление осуществляется с помощью одного стержня. 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, нейтронный борный стержень удаляется, чтобы дать возможность ядерной цепной реакции. Как только реакция инициируется, распад серии продуктов деления не может быть остановлен полностью. Однако глубина введения регулирующего стержня обеспечивает механизм для регулирования скорости деления урана, позволяя тепловыделению соответствовать нагрузке.
Пассивные тепловые трубы, заполненные жидким натрием, передают тепло активной зоны реактора одному или нескольким свободнопоршневым двигателям Стирлинга, которые создают возвратно-поступательное движение. для привода линейного электрогенератора. точка плавления натрия составляет 98 ° C (208 ° F), что означает, что жидкий натрий может свободно течь при высоких температурах от около 400 до 700 ° C (750 и 1300 ° F). Ядра деления ядер обычно работают при температуре около 600 ° C (1100 ° F).
Реактор спроектирован как искробезопасный в широком диапазоне сред и сценариев. Несколько механизмов обратной связи используются для смягчения последствий ядерного распада. 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. Фактически это означает, что по мере увеличения потребности в мощности температура реактора падает. Это приводит к его сжатию, 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.
Разработка Kilopower началась с эксперимента под названием DUFF или Демонстрация с использованием Flattop Fissions, который был испытан в сентябре 2012 года с использованием существующей сборки Flattop в качестве ядерного источника тепла. Когда DUFF был испытан на сборочном предприятии на испытательной площадке 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.. По словам Дэвида Постона, руководителя группы разработчиков компактных реакторов деления, и Патрика МакКлюра, менеджера проектов малых ядерных реакторов в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, эксперимент DUFF показал, что «для систем реакторов малой мощности ядерные испытания могут быть выполнены с разумными затратами и графиком в рамках существующей инфраструктуры и нормативной базы ».
Макет активной зоны с обедненным ураном, изготовленный на Y-12 для эксперимента KRUSTY. 
Тепловые трубы KRUSTY во время испытания на электрообогрев В 2017 году испытательный реактор KRUSTY был завершен. KRUSTY разработан для производства до 1 киловатта электроэнергии и имеет высоту около 6,5 футов (1,9 метра). Задача испытательного реактора - точно соответствовать эксплуатационным параметрам, которые потребуются для миссий НАСА в дальнем космосе. В первых испытаниях использовалась активная зона с обедненным ураном , изготовленная комплексом национальной безопасности Y-12 в Теннесси. Активная зона из обедненного урана состоит из того же материала, что и активная зона из обычного высокообогащенного урана (ВОУ), с той лишь разницей, что уровень обогащения урана.
Прототип В Kilopower используется сплошная литая активная зона реактора из урана-235 размером примерно с рулон бумажного полотенца. Тепло реактора передается через пассивные натриевые тепловые трубы, причем тепло преобразуется в электричество с помощью двигателей Стирлинга. Испытания для достижения уровня технологической готовности (TRL) 5 начались в ноябре 2017 года и продолжались в 2018 году. Испытания KRUSTY представляют собой первый случай, когда Соединенные Штаты провели наземные испытания на любом космическом реакторе. поскольку экспериментальный реактор SNAP-10A был испытан и в конечном итоге запущен в 1965 году.
В период с ноября 2017 года по март 2018 года испытания KRUSTY проводились на сайте национальной безопасности Невады. Испытания включали проверку термических характеристик, материалов и компонентов и завершились успешным испытанием деления на полной мощности. Для обеспечения безопасного реагирования реактора были смоделированы различные неисправности вспомогательного оборудования.
20 марта 2018 г. реактор KRUSTY был запущен на полную мощность во время 28-часовых испытаний с использованием активной зоны реактора с ураном-235 массой 28 кг.. Была достигнута температура 850 ° C (1560 ° F), что дало около 5,5 кВт мощности деления. В ходе испытания оценивались сценарии отказов, включая остановку двигателей Стирлинга, регулировку тяги управления, термоциклирование и отключение системы отвода тепла. Тест Scram завершил эксперимент. Испытание было признано весьма успешным.
