किलोपावर स्पेस रिएक्टर

एक दिलचस्प नासा / डीओई परियोजना ने मुझे अंतरिक्ष रिएक्टरों [ 1 , 2 , 3 ] की पिछली समीक्षाओं की तैयारी में शामिल कर दिया। यह एक परमाणु रिएक्टर का सबसे हल्का और सरल संस्करण है, जिसे लंबे समय तक अंतरिक्ष मिशनों में प्लूटोनियम आरटीजी को बदलने और छोटे अंतरिक्ष यात्रियों के ठिकानों की बिजली आपूर्ति, किसी भी मामले में, रचनाकारों के अनुसार डिज़ाइन किया गया है।

यह परियोजना दिलचस्प है क्योंकि विभिन्न पेपर रिएक्टरों में प्रचलित दिखने वाले कई सम्मेलनों को छोड़ दिया गया है, और जटिलता का निम्न स्तर हमें आरटीजी के रूप में डिजाइन को सरल बनाने की अनुमति देता है, जो वास्तव में इस परियोजना को सफलता की ओर ले जा सकता है। एक सरल डिजाइन और एक सही विचारधारा हमें विकास के चरणों से बहुत तेज गति से गुजरने की अनुमति देती है, जो दशकों से चली आ रही परमाणु रिएक्टर डिजाइनों के लिए विशिष्ट नहीं है।


किलोपावर का वैचारिक रूप, बाएं से दाएं - कूलर रेडिएटर्स, 2 स्टर्लिंग जनरेटर असेंबली, विकिरण सुरक्षा और गर्मी पाइप, बेरिलियम ऑक्साइड रिएक्टर रिफ्लेक्टर (रिएक्टर के अंदर)।

किलोपावर पावर 1 से 10 किलोवाट इलेक्ट्रिक (और 4 गुना अधिक - थर्मल, जो 25% की दक्षता देता है) से होना चाहिए, और एक विशिष्ट मिशन के लिए तैयार रहना चाहिए। क्या दिलचस्प है, जैसा कि मैं इसे समझता हूं, केवल गर्मी-विद्युत भाग शक्ति से बदल जाएगा, और परमाणु भाग वास्तव में सभी विकल्पों के लिए लगभग समान रहेगा। अमेरिकी प्रयोगशाला LANL में विकसित किया जा रहा रिएक्टर, 7% मोलिब्डेनम और अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम 235 के मिश्र धातु से बना एक सिलेंडर है, जो (HEU), किसी कारण से, अंतरिक्ष रिएक्टरों के डेवलपर्स डरते हैं, हालांकि ऐसा लगता है कि उन्हें अभी तक बृहस्पति की कक्षा से परे कोई आतंकवादी और तानाशाह नहीं मिला है। सिलेंडर व्यास ~ 11 सेमी, लंबाई 25 सेमी, वजन ~ 35 किलो है, अंदर एक चैनल 3.7 सेमी व्यास है, जहां एकमात्र बोरान कार्बाइड रॉड स्थित है।



यूरेनियम के साथ एक मिश्र धातु में मोलिब्डेनम को हीटिंग के दौरान चरण संक्रमणों के लिए यांत्रिक शक्ति और यूरेनियम की स्थिरता प्रदान करने के लिए यहां आवश्यक है, और प्रतिक्रियाशीलता बोरान कार्बाइड से न्यूट्रॉन-अवशोषक रॉड द्वारा विनियमित होती है - सम्मिलित राज्य में, रिएक्टर पानी, हटाए जाने (एक बार और सभी) में प्रवेश करने पर भी उप-राजनीतिक होता है - सुपरक्रिटिकल और गेनिंग थर्मल पावर में जाता है। शक्ति को रिएक्टर और रिफ्लेक्टर की ज्यामिति द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसे इसलिए चुना जाता है ताकि 1200 K को गर्म करने पर, रिएक्टर के यूरेनियम मिश्र धातु के थर्मल विस्तार से Keff (अगली पीढ़ी में न्यूट्रॉन की संख्या का गुणांक) सख्ती से 1 कम हो जाए, और फिर इसे 10 से अधिक वर्षों तक एक चेन रिएक्शन से गर्म किया जाएगा।


रिएक्टर की गणना की गई काफ के साथ प्लेट: 1) एक हटाए गए रॉड के साथ एक ठंडा रिएक्टर, 2) सम्मिलित रॉड के साथ एक ठंडा रिएक्टर, 3) काम की शुरुआत में एक हटाए गए रॉड के साथ एक गर्म रिएक्टर 4) बर्नआउट के 10 साल बाद एक हटाए गए रॉड के साथ एक गर्म रिएक्टर।

रिएक्टर बेरिलियम ऑक्साइड के एक न्यूट्रॉन रिफ्लेक्टर (महत्वपूर्ण द्रव्यमान को कम करने के लिए) से घिरा हुआ है, जिसमें हीट पाइप डाले जाते हैं - और यह बिल्कुल रिएक्टर की पूरी संरचना है। ऊर्जा कन्वर्टर्स और कोर के ब्लॉक के बीच लिथियम हाइड्राइड और टंगस्टन की परतों से विकिरण सुरक्षा (केवल एक ही तरीके की रक्षा) छाया है।

मेरी राय में सबसे आश्चर्यजनक बात यूरेनियम कोर के पास एक खोल की अनुपस्थिति है - इसे अंतरिक्ष में आवश्यकता नहीं है, यह रिएक्टर कभी भी पृथ्वी से शुरू नहीं होता है। यह केवल नेपच्यून की कक्षा में परमाणु निगरानी के अभावग्रस्त सोच और ईर्ष्या को ईर्ष्या करने के लिए बनी हुई है।


रिएक्टर कोर और गर्मी पाइपों को ठीक करने के लिए दो विकल्प। संयोग से, यूरेनियम के लिए हीट पाइप का लगाव इस विकास में अप्रत्याशित रूप से जटिल समस्याओं में से एक है, मुख्यतः क्योंकि रिएक्टर के शेष तत्व सरल या खर्च किए जाते हैं।

कोर और रिफ्लेक्टर से निकाले गए हीट को हीट पाइप द्वारा स्टर्लिंग जेनरेटरों के गर्म सिरे तक पहुँचाया जाता है (रिएक्टर के अलग-अलग डिज़ाइनों में उनकी अलग-अलग मात्रा और क्षमता होती है, लेकिन जाहिर तौर पर 4-16 टुकड़ों के बारे में कुछ होता है), और उनके ठंडे सिरे रेफ्रिजरेटर-एमिटर से जुड़े होते हैं। यहां भी, डिजाइन में काफी सरलता है - अंतरिक्ष यान में हीट पाइप का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और नासा दूसरे दशक के लिए अंतरिक्ष के लिए स्टर्लिंग जनरेटर का परीक्षण कर रहा है। इसी समय, यह माना जाता है कि स्टर्लिंग बंद गैस संरचना शाखित से बेहतर है और टर्बोएलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स के बहुत सारे उपकरण डिजाइन की आवश्यकता होती है (ब्राइटन चक्र पर, पश्चिमी लेखों में ब्रेयान इकाइयों को घूर्णन के रूप में संदर्भित किया गया है)।


नासा ग्लेन सेंटर में 2016 में परीक्षण किया गया, रिएक्टर के एक सिम्युलेटर की एक विधानसभा (हीटिंग तत्वों द्वारा गर्म किए गए यूरेनियम मिश्र धातु से) और 4 विधानसभाओं में जोड़े में 8 स्टर्लिंग जनरेटर इकट्ठे हुए। वैक्यूम में सिस्टम ऑपरेशन के लिए टेस्ट बेंच।

किलोपावर आरटीजी के प्रतिस्पर्धी डिजाइन से पु 238 के साथ काफी अधिक घटियापन (35 किलो उच्च संवर्धित यूरेनियम की लागत $ 0.5 मिलियन की तुलना में, एक किलोवाट आरटीजी के लिए आवश्यक 45 किलो Pu238 के लिए $ 50 मिलियन की तुलना में भिन्न होता है), और अंतरिक्ष यान तैयार करते समय बहुत कम हैंडलिंग समस्याएं। और इसकी शुरूआत, हालांकि आज LANL डेवलपर्स रिएक्टर के दस साल के जीवन के बारे में बात कर रहे हैं, जबकि RTG और Voyagers 40 साल से काम कर रहे हैं - कहीं न कहीं यह एक महत्वपूर्ण परिस्थिति हो सकती है।


नेवादा में परीक्षण स्थल, जहां स्टर्लिंग के साथ RTG बनाने के कार्यक्रम के बाद नासा के साथ बने रिएक्टर और स्टर्लिंग जनरेटर के परीक्षण आयोजित किए जाएंगे।

ऑपरेशन की दस साल की अवधि, जाहिरा तौर पर, रिएक्टर (स्टर्लिंग जनरेटर) के यांत्रिक भाग द्वारा मुख्य रूप से सीमित है। किसी भी मामले में, 4 किलोवाट (थर्मल) की शक्ति पर 10 साल के संचालन में यूरेनियम कोर को 0.1% से कम जलने का समय होगा, और सामग्री को सूजन और नुकसान थर्मल विस्तार के लगभग 1/10 तक होगा, विषाक्तता के कारण बिजली में कमी को भी महत्वहीन माना जाता है।

परियोजना के बारे में LANL वीडियो (अंग्रेजी में)।

अंतरिक्ष के लिए एक महत्वपूर्ण परिस्थिति रिएक्टर का द्रव्यमान है। नासा क्यूब्स से अपने आरटीजी का निर्माण करता है, जिसका न्यूनतम संस्करण एमएमआरटीजी के रूप में होता है, जिसका वजन 45 किलोग्राम और 125 वाट की शक्ति के साथ होता है, जीपीएचएस-आरटीजी का वजन लगभग 60 किलोग्राम होता है और 300 इलेक्ट्रिक वोल्ट की क्षमता होती है, जबकि किलोपावर का न्यूनतम संस्करण 1 किलोवाट की शक्ति के साथ होता है। वजन लगभग 300 किलोग्राम है, जिनमें से रिएक्टर और विकिरण संरक्षण का वजन लगभग 230 किलोग्राम है। दुर्भाग्य से, नासा के प्रत्येक उपकरण को गहरे अंतरिक्ष में नहीं भेजा गया, जिसमें 100-250 किग्रा का द्रव्यमान आरक्षित है, यहां तक ​​कि प्लूटोनियम 238 पर $ 50 मिलियन की बचत के कारण।


ऊर्जा स्रोतों के लिए विभिन्न विकल्प जो कि किलोपावर के आधार पर बनाए जा सकते हैं।

सिद्धांत रूप में, किलोपावर डेवलपर्स निश्चित रूप से घोड़े की पीठ पर होगा यदि DOE ने हाल ही में Pu238 उत्पादन कार्यक्रम को फिर से शुरू नहीं किया है - आखिरकार, 2011 में, जब इस स्पेस रिएक्टर के लिए परियोजना वास्तव में लॉन्च की गई थी, तो Pu238 के उत्पादन को बहाल करने की संभावना अभी भी काल्पनिक थी, जिसने रुचि को बढ़ाया। विकल्प के लिए।


थोड़ा और लोहा - गर्मी पाइप के परीक्षण और वैक्यूम स्टैंड में "रिएक्टर पाइप" का एक थर्मल मॉडल

विकास के दौरान, LANL विशेषज्ञों ने एक किलोवाट यूरेनियम रिएक्टर के डिजाइन का प्रस्ताव और गणना की, और अधिक - ने उनके फ्लैटटॉप क्रिटिक असेंबली पर एक छोटा सा प्रयोग किया, जो एक बेरिलियम रिफ्लेक्टर से घिरा हुआ यूरेनियम की एक गेंद है। इस प्रयोग में क्रिटिकल असेंबली में एक माइक्रोस्टर्लिंग और एक हीट पाइप स्थापित करना शामिल था, जिसने कुछ समय के लिए चेन रिएक्शन की गर्मी से 25 वाट विद्युत ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाया, अवधारणा का प्रमाण, इसलिए बोलना था।


फ्लैटटॉप की क्रिटिकल असेंबली और दाईं ओर एक जंगम बेरिलियम रिफ्लेक्टर - एक हीट पाइप की स्थापना और एक स्टर्लिंग जनरेटर।

एक सफल प्रदर्शन के बाद, Kilopower परियोजना को नासा और NNSA से तुरंत धन प्राप्त हुआ (यह एजेंसी संयुक्त राज्य अमेरिका में परमाणु सामग्री के भंडारण, उत्पादन और तस्करी में शामिल है) 16.17 और 18 वर्षों के लिए, जो एक वास्तविक परमाणु रिएक्टर (!) के साथ एक प्रोटोटाइप किलोवाट जनरेटर के निर्माण के लिए प्रदान करता है और इसका परीक्षण करता है। 2018 में नेवादा। रिएक्टर का उत्पादन Y-12 संयंत्र (आमतौर पर परमाणु हथियारों के उत्पादन में लगे) द्वारा किया जाएगा, परावर्तक LANL का निर्माण करेगा, रिएक्टर के थर्मल भाग, एक वैक्यूम स्टैंड और परीक्षण के लिए जैव सुरक्षा नासा मार्शल सेंटर द्वारा किया जाएगा, एक रिएक्टर सिम्युलेटर के साथ मॉड्यूल के परीक्षण (एक घटिया यूरेनियम कोर के साथ चुना गया है)। 2017 में नासा के ग्लेन सेंटर में।


किलोपावर प्रोजेक्ट की योजना। ISRU - मार्स (मंगल पर), जीआरसी - नासा ग्लेन सेंटर, SBIR पर रॉकेट ईंधन प्राप्त करना - नासा प्रौद्योगिकियों की एक विस्तृत श्रृंखला विकसित करने के लिए कार्यक्रम

"बड़े" रिएक्टरों की परियोजनाओं की पृष्ठभूमि के खिलाफ जो विकास के सभी क्षेत्रों, स्टैंड के निर्माण, स्टैंड पर परीक्षण, स्टैंड के लिए सुरक्षा औचित्य के नियामक द्वारा अनुमोदन आदि से गुजरते हैं। दशकों तक, ऐसी अवधि की एक परियोजना, सादगी और अंतरिक्ष में उड़ान की एक अच्छी संभावना के साथ, लेकिन खुशी नहीं हो सकती। अगर वह अगले दशक में अंतरिक्ष में एकत्रित होने वाले मिशनों में से एक के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में चुना जाता है, तो वह और भी अधिक आनन्दित होने लगेगा।

PS नासा द्वारा मंगल पर जाने के लिए एक मिशन में परमाणु ऊर्जा के उपयोग के पहलुओं पर एक दिलचस्प प्रस्तुति
पीपीएस थोड़ा धीमा (बीच में शुरू होता है), लेकिन 80 के दशक के अंत में, 90 के दशक के शुरुआती दिनों के विकास पर अद्वितीय वीडियो - उच्च तापमान वाले अंतरिक्ष रिएक्टर एसपी -100, जो मुख्य रूप से सैन्य उपयोग के लिए योजनाबद्ध था, अभी भी आंशिक रूप से वर्गीकृत किया गया है।