美国宇航局(NASA)/美国能源部(DOE)一个有趣的项目使我对太空反应堆[
1、2、3 ]的先前评论有所准备。 创造者说,这是核反应堆中最轻便,最简单的版本,旨在取代远程太空任务和小型宇航员基地供电中的RTRTG。
该项目很有趣,因为废弃了在不同纸反应器中盛行的许多形状约定,并且较低的复杂度使我们能够使设计像RTG一样简单,实际上,它可以使该项目成功。 简单的设计和正确的意识形态使我们能够以很高的速度进入开发阶段,这对于数十年的空间核反应堆设计而言并不常见。
Kilopower从左到右的概念外观-冷却器散热器,2个斯特林发电机总成,辐射防护和热管,氧化铍反应堆反射器(反应堆内部)。千瓦功率应为1到10千瓦电(热能的4倍,热效率为25%),并根据具体任务进行调整。 有趣的是,据我所知,只有热电部分会从功率发生变化,而核部分实际上对于所有选择都保持大致相同。 在美国实验室LANL中开发的反应堆是一个由7%钼和高浓缩铀235合金制成的圆柱体,由于某种原因,太空反应堆的开发者对此感到恐惧,尽管似乎没有在木星的轨道上发现任何恐怖分子和独裁者,但由于某些原因,这种反应堆很害怕。 圆柱体直径约为11厘米,长度约为25厘米,重量约为35千克,内部有一个直径3.7厘米的通道,是唯一的碳化硼棒所在的通道。

在此需要与铀合金中的钼,以在加热过程中将铀的机械强度和稳定性赋予相变,并且反应性受碳化硼中子吸收棒的调节-在插入状态下,反应器即使进入水中后也处于亚临界状态(一次就所有)-进入超临界状态并获得热能。 功率由反应堆和反射器的几何形状调节,选择时要考虑到当加热到1200 K时,反应堆铀合金的热膨胀将Keff(下一代中子数的系数)严格降低到1,然后将通过链式反应加热超过10年。
计算出反应堆卡夫值的塔板:1)带拆下棒的冷反应器,2)带拆下棒的冷反应器,3)工作开始时带拆下棒的加热反应器4)燃尽10年后带拆下棒的加热反应器。反应堆被氧化铍的中子反射器(以降低临界质量)包围,并在其中插入了热管-这绝对是反应堆本身的整个结构。 在能量转换器块和核心之间,有一个分段的(阴影,仅保护一种方式)来自氢化锂和钨层的辐射防护。
我认为,最令人惊讶的事情是铀芯附近没有壳-在太空中不需要它,该反应堆永远不会在地球上启动。 仍然只有嫉妒海王星轨道上的无意识思维和缺乏原子监视。
反应堆堆芯和两个固定热管的选项。 顺便提及,将热管连接到铀是该开发过程中出乎意料的复杂问题之一,主要是因为反应堆的其余元件很简单或已用完。通过热管从铁芯和反射器上除去的热量被提供给斯特林发生器的热端(在反应堆的不同设计中,它们具有不同的数量和容量,但显然约为4-16件),其冷端与冰箱的发射极相连。 在这里,设计也具有强大的简便性-热管广泛用于航天器中,NASA已在第二个十年中对斯特林发生器进行太空测试。 同时,人们相信斯特林封闭式气体结构要好于分支结构,并需要许多涡轮电转换器的设备设计(在布莱顿循环中,在西方文章中通常称为旋转布雷顿装置)。
2016年在美国宇航局格伦中心进行了测试,组装了一个反应堆模拟器(由贫化的铀合金,由加热元件加热)和8台斯特林发电机,成对组装成4个组件。 系统在真空中运行的测试台。Kilopower与具有Pu238的RTG竞争设计的不同之处在于,其价格便宜得多(35千克高浓缩铀的成本约为50万美元,而一千瓦级RTG需要45千克Pu238的成本约为5000万美元),并且在准备航天器时处理起来的问题要少得多但是,今天的LANL开发人员正在谈论该反应堆的十年使用寿命,而RTG和旅行者号已经运行了40年-这在某些情况下可能是重要的。
在内华达州的测试地点,将进行对反应器和斯特林发生器的测试,该项目将在与斯特林一起创建RTG计划之后留在NASA。显然,运行的十年期限主要受到反应堆(斯特林发电机)机械部分的限制。 在任何情况下,以4千瓦(热)的功率运行10年的铀芯燃烧时间不到0.1%,材料的膨胀和损坏将达到热膨胀的约1/10,中毒引起的功率降低也被认为是微不足道的。
关于该项目的LANL 视频 (英语)。空间的重要情况是反应堆的质量。 NASA由立方体制造RTG,最小版本为MMRTG,重量为45千克,功率为125瓦,还有GPHS-RTG,重量为60千克,功率为300瓦,而最小功率为1千瓦。重约300公斤,其中反应堆和辐射防护装置约重230公斤。 不幸的是,即使由于238节省了5,000万美元,并不是每个送入深空的NASA设备都具有100-250千克的质量储备。
可以在千伏电源的基础上创建不同的能源选择。原则上,如果能源部最近不
恢复Pu238的生产计划 ,那么Kilopower开发商肯定会背上马-毕竟,在2011年,当该空间反应堆项目实际启动时,恢复Pu238产量的可能性仍然是假想的,这激发了人们的兴趣。替代品。
多一点的铁-真空台中的热管测试和“反应器管”的热模型在开发过程中,LANL专家提出并计算了千瓦铀反应堆的设计,并进行了更多工作-在Flattop批判组件上进行了一个小实验,该组件是由铍反射器包围的富铀球。 实验包括在一个关键的组件中安装一个微搅拌器和一个热管,这使得从链式反应的热中获得25瓦特的电能有一段时间,这可以说是概念证明。
Flattop和可移动铍反射器的关键组件,在右侧-安装热管和斯特林发生器。在成功演示之后,Kilopower项目立即获得了NASA和NNSA(该机构在美国从事核材料的存储,生产和运输)的资助,历时16.17年和18年,该项目提供了一种带有真实核反应堆的原型千瓦发电机的制造(!)及其测试在2018内华达州。 反应堆的生产将由Y-12工厂(通常从事核武器的生产)进行,反射器将制造LANL,反应堆的热能部分,真空台和用于测试的生物安全性将由NASA马歇尔中心进行,将使用反应堆模拟器(带有贫化的电加热铀芯)对模块进行测试。 2017年在美国宇航局格伦中心。
Kilopower项目计划。 ISRU-在GRC现场(在火星上)接收火箭燃料-NASA Glenn中心,SBIR-开发多种NASA技术的计划在“大型”反应堆项目的背景下,该项目经历了各个阶段的发展,展台建设,展台测试,监管机构对展台安全论证的批准等。 几十年来,如此长久,简单且有飞入太空的可能性的项目不免让人欣喜。 如果他被选为未来十年在太空中聚集的一个远距离任务的能源,他将开始更加高兴。
PS美国宇航局关于访问火星的核能利用方面的有趣
演讲PPS略有含糊(解释从中间开始),但是关于80年代后期,90年代初期发展的独特
视频 -计划主要用于军事用途的高温太空反应堆SP-100,仍进行了部分分类。