2021-09-10

Zielony Atom

Atomowe ciekawostki każdego dnia

KILOPOWER – reaktor, który poleci w kosmos

Dużo sond kosmicznych zasilanych jest przez generatory z plutonem-238, jednak ma on poważną wadę – produkcja jest bardzo droga. Trzeba znaleźć inne rozwiązanie. Panele PV nie sprawdzą się na księżycu – noc księżycowa trwa 14 ziemskich dni, a temperatura spada poniżej -200°C! Na Marsie też nie zawsze świeci słońce – burza piaskowa zasłoniła słońce na tyle długo, że łazik Opportunity rozładował się i zamarzł. W dalekich zakątkach Układu Słonecznego nie ma możliwości wykorzystania innej energii niż energia jądrowa.

Los Alamos National Laboratory na zlecenie NASA projektuje reaktor KILOPOWER – miniaturowy reaktor jądrowy, wykorzystujący uran-235, który ma pracować z mocą 1 kW lub 10 kW przez 15 lat. Jego budowa jest zaskakująco prosta i składa się zaledwie z 7 części:

  1. Rdzeń reaktora – zawiera paliwo ze stopu 93% uranu i 7% molibdenu. Aby zminiaturyzować wymiary, uran jest wzbogacony aż do 93%. Paliwo uformowane jest w kształt rury o średnicy zewnętrznej 10 cm, wysokości 15 cm i masie 22,7 kg.
  2. Pręt kontrolny – jeden (!!!) pręt. Nic więcej. Porusza się wewnątrz rury paliwa i reguluje moc reaktora. Wykonany jest z węglika boru. Jego działanie polega na pochłanianiu neutronów, które rozszczepiają jądra uranu – im głębiej włożony tym więcej neutronów pochłonie, więc moc reaktora spadnie.
  3. Reflektor neutronów – element zapobiegający wydostaniu się neutronów na zewnątrz reaktora. Rdzeń reaktora jest wewnątrz niego. Wykonany jest z tlenku berylu.
  4. Osłona – Wykonana z wodorku litu i wolframu. Znajduje się pomiędzy reaktorem a resztą sondy kosmicznej. Ma zabezpieczać elektronikę sondy przed promieniowaniem.
  5. Ciepłowody (heat pipe) – to jest ciekawa innowacja. W zwykłej elektrowni stosuje się rurociągi z wodą, a tutaj mamy ciepłowody wykonane z sodu. Zdecydowanie upraszcza to transfer ciepła.
  6. Generatory Stirlinga – to kolejna innowacja. Zamiast turbiny parowej mamy silniki Stirlinga połączone z prądnicami. Silnik Stirlinga to ciekawe urządzenie, które generuje ruch obrotowy dzięki różnicy temperatur.
  7. Radiator – odprowadza ciepło. Wykonany z tytanu, zapewnia różnicę temperatur dla silników Stirlinga.
Budowa reaktora KILOPOWER
Budowa reaktora KILOPOWER

Wykonano już dwa prototypy. W 2012 prototyp DUFF był pierwszym w historii reaktorem napędzającym silnik Stirlinga. Drugi prototyp, KRUSTY, w 2017 osiągnął moc 1 kW. Zastosowano w nim paliwo niskowzbogacone (20%), ponieważ planowane jest także wykorzystanie takich reaktorów w celach komercyjnych na ziemi.

Więcej:

Źródła: