Reator mini-nuclear com gerador de 10 kW. Instalação para alimentação de bases em Marte e lares do futuro

Artigos anteriores sobre instalações nucleares de radioisótopos geraram interesse. Vou indicar links para eles no final do artigo. E desde Existem muitos desenvolvimentos nesta área, então proponho olhar para outra instalação promissora: o projeto RTG dos EUA chamado KiloPower.

Este é um projeto da NASA para fornecimento de energia de espaçonaves interplanetárias, rovers e, no futuro, bases em Marte e na Lua. Potência do gerador - de 1 a 10 kW em energia elétrica (dependendo da potência do núcleo e do número de cilindros de trabalho do motor Stirling).

Tais indicadores KiloPower são possíveis devido ao uso de conversores não termoelétricos "calor-eletricidade" operando devido à diferença de temperatura, mas devido ao uso do motor Stirling. Isso tornou possível aumentar a eficiência da conversão de calor em eletricidade. até 25-30%. A instalação também tem saída de calor. Ela 4 vezes mais alto do que elétrico. Em teoria, você pode usá-lo para outras necessidades. E depois de depurar a tecnologia, a eficiência pode ser ainda maior (por exemplo, com a instalação adicional de elementos Peltier nos radiadores).

O reator nuclear compacto gera calor. É um cilindro da liga: 7% de molibdênio e o resto é urânio-235. Dentro há um canal com uma haste de carboneto de boro. É um absorvedor de nêutrons de reação em cadeia. Enquanto ele está dentro, não há reação. Quando o reator é inicializado, ele sai da área de trabalho e começa a aquecer. Mas não para temperaturas críticas - não há risco de explosão devido à concentração calculada de urânio na liga.

Para refletir nêutrons e reduzir a massa de urânio, o reator é cercado por óxido de berílio. Contém tubos de calor com sódio. Os tubos de refrigeração aquecem os pistões de um motor Stirling. As bobinas do gerador são instaladas ao redor dos pistões. Existe um ímã dentro do pistão. Essa. geração vem do movimento alternativo do ímã na bobina. Oito pistões. Cada um produz 125 watts eletricidade.

• Como funciona um motor Stirling simples - artigo aqui

O plutônio-238 não foi utilizado no reator devido ao seu alto custo. É 100 vezes mais caro do que o urânio-235 (35 kg - $ 500 mil). O tamanho do cilindro do reator de liga de urânio: diâmetro de 11 a 15 cm e comprimento de 25 a 30 cm. Peso 28-35 kg. Tudo depende da potência recebida. Além de uma concha de berílio. Para espaçonaves, o peso do KiloPower RTG é 300 kg.

Esquema e teste do reator KiloPower aquecendo os tubos com elementos de aquecimento em 2016 Mais tarde, em 2018. a instalação foi testada no deserto de Nevada no local de teste. Ela trabalhou por 20 horas com força total. Mesmo quebras deliberadas não levaram a um superaquecimento crítico do reator.

Para espaçonaves, a proteção contra radiação é instalada apenas no motor e nos componentes eletrônicos. Mas, para instalações em Marte, é necessária proteção total do reator. Em Marte, esses RTGs serão assim, de acordo com os especialistas da NASA:

O guarda-chuva é um radiador para resfriar áreas frias nos cilindros de um motor Stirling. O prazo de trabalho é de 10 anos. Esta é a vida do motor Stirling em si, não do reator. Durante esse tempo, o reator desenvolverá 0,1% de sua massa ativa. A meia-vida do urânio-235 é 710 milhões anos.

Essa. é aconselhável tornar o motor Stirling substituível. Substituição após falha ou confiabilidade mecânica.

Três segmentos de proteção contra radiação podem ser vistos acima do reator. Quando usado próximo a objetos biológicos, a proteção deve ser completa. Isso às vezes aumenta a massa da instalação. Em um estado inativo, o reator é praticamente não radioativo - o fundo é menos 1 Curie. A reação começa após a haste ser estendida como descrito acima. Portanto, lançamentos de mísseis malsucedidos não poluirão o oceano ou a terra.

Vídeo do reator KiloPower:

Esta tecnologia e reator podem ser usados ​​para as necessidades terrenas? Em teoria, sim. Por exemplo, no Ártico, nas montanhas em bases remotas ou em objetos autônomos subterrâneos ou subaquáticos. Com até 5 motores Stirling substituíveis em estoque, a vida útil da unidade pode ser aumentada para 50 anos. Mas seu custo ainda é alto. O custo do urânio-235 para o reator - 500 mil $. E a NASA investiu no desenvolvimento e na criação de uma planta piloto KiloPower $ 20 milhões.

Portanto, o uso de tais instalações na Terra será associado a objetos especialmente importantes. Para os indivíduos, isso é muito caro e, devido à ameaça de uso indevido, é improvável que sejam produzidos on-line. Ou essa tecnologia de um futuro distante.

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