Инженеры разработали топливо для лунных ядерных микрореакторов
Началась новая космическая гонка, в которой полдюжины стран и альянсов требуют признания в качестве крупнейших космических держав XXI века, спеша отправить на Луну новое поколение посадочных модулей и вездеходов. НАСА тоже наращивает усилия, чтобы выполнить свое обещание установить постоянное присутствие человека на поверхности Луны.
Серьезным препятствием для долгосрочных миссий или постоянных аванпостов на Луне является 14-дневная лунная ночь, когда дневная температура падает со 120 °C до -130 °C. Такое сочетание леденящего холода и темноты означает, что для выживания машин и аванпостов, не говоря уже о функционировании, им необходимо полагаться на ядерные энергетические системы. В настоящее время единственный выход из ситуации использование ядерных реакторов, а не радиотепловых генераторов.
Эти установки не будут похожи на большие традиционные реакторы, используемые на Земле и основанные на топливных стержнях. Вместо этого они будут использовать так называемое TRi-структурное изотропное (TRISO) топливо из частиц.
Топливо TRISO — это вариант реакторного топлива с галечным слоем, в котором стержни заменены топливными шариками размером с бильярдный шар. Топливо Bangor TRISO отличается тем, что шарики сжимаются до размеров маковых семян. Эти частицы топлива, созданные с помощью 3D-печати, состоят из обогащенного урана, углерода и кислорода, а урановое ядро запечатано внутри слоев углерода и керамики.
В отличие от топливных стержней, такие частицы чрезвычайно прочны и выдерживают очень высокие температуры, а также устойчивы к повреждениям от нейтронного облучения, коррозии и окисления.
Под руководством профессора ядерных материалов и содиректора Института ядерного будущего Бангорского университета Саймона Миддлбурга Бангор создается улучшенная версия топлива TRISO. Она подойдет для лунных реакторов, которые в настоящее время разрабатывают Rolls-Royce и другие корпорации. Такое топливо можно использовать не только для энергетических реакторов, но и для будущих ядерных двигательных систем.
Важная особенность реактора, работающего на топливе TRISO, заключается в том, что это относительно простая конструкция, которую можно охлаждать газом, размещая его в тени зонтика радиаторов, прикрепленных к системе теплоносителя. Работая при более высоких температурах, они более эффективны, чем обычные водо-водяные реакторы.
В процессе работы частицы топлива подаются в верхнюю часть реактора. По мере израсходования топлива они мигрируют на дно, откуда удаляется уже отработанное топливо. Если реакция становится слишком сильной, повышение температуры замедляет реакцию, заставляя установку вернуться к безопасному уровню.
«На Луне и на планетарных телах, где есть день и ночь, мы больше не можем полагаться на Солнце в качестве источника энергии и поэтому микрореакторы будут необходимы для поддержания условий жизни. Ядерная энергетика – единственный способ, которым мы в настоящее время располагаем. Топливо должно быть чрезвычайно прочным и выдерживать нагрузки при запуске, а затем быть надежным в течение многих лет», — пишут ученые.