Hızlı Breederors'un Uzay Nükleer Güç Uygulamalarına Destek Etme Potansiyeli

Hızlı yetiştirici reaktörler (FBR), her yakıtın tüketilmesi gereken bir nükleer reaktör sınıfını temsil eder - bu makale, güç uzay aracına, gezegensel üslere ve derin uzay görevlerine sahipken, her kilogram yakıtın on yıllardır uzatılabilir.

Hızlı Breeder Reaktör Teknolojisi

Neutronics ve Yakıt Döngüsü Temelleri

Bir termal nükleer reaktörde, nötronlar hızlı bir şekilde soğutulmaktadır (pişmanlıkta) ve bir moder ile karıştırılır.Seks spektrumu, yüksek çözünürlükte bulunan bir diskonium-235) gibi yüksek çözünürlükte bir miktar daha yüksek olur.

Ortam için tipik yakıt, karma oksitlerden (MOX) veya uranyum ve plutonyumun metal alaşımlarından oluşur. Uzay uygulamaları için, uranium nitride (UN) veya uranyum-zirkonyum alaşımları, yüksek sıcaklıklarda yüksek ısı iletkenliği ve daha iyi performanslarından dolayı dikkate alınır.

Coolant ve Heat Transfer

FBRs, verimli ısı transferine ve elektrike dönüştürmeye yönelik yüksek sıcaklıklarda çalışır. Çünkü serinlikli nötronlar önemli ölçüde, sıvı metaller tercih edilir. Terrestrial FBRs yaygın olarak kullanımlıdır.0)liquid sodyum) veya radyasyon direnci (fırık nokta 883 °C) veya hava ile ısıtılabilir.[D))))))))))))))))))) ve son derece yüksek basınçlı betonlar için hassas elektriksel pompalar için çalışır.

Tarihsel Context: Uzay Nükleer Güç Programları

Uzayda nükleer enerjinin kullanımı yeni değildir. ABD, Uranium-zirkonyum hipnozu ile tasarım yapan ve sıvı NaK serinant. Sovyetler Birliği, 30.000 $ reaktörü 1965 yılında, 43 kilovattan (termal) daha sonra, uranyum-neutron tasarımı kullanılarak, bu erken sistemlerde kullanılan yüksek enerjili dönüşümler için kullanılan yüksek performanslı bir şekilde üretime doğru yola çıktı.

[FONT=0]SP-100[DÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE] programı (1980'ler – 1990s) 100 kWe uzay reaktörü geliştirmek için hırslı bir ABD projesiydi. SP-100 hızlı bir şekilde reaktör olarak tasarlanmıştır. (2015 – 2018) sıvı bir hidroksit ve termoelektrikli dönüştürücü sistemi, sağlam bir uranyum-kürücük-enerjiklik görevlerine dönüşmek için hızlı bir şekilde adapte edilebilir.

Uzay Uygulamaları için Hızlı Breeder Reaktörlerin Avantajları

Yüksek Enerji Yoğunluğu ve İntegasyon

Uzay fırlatma kısıtlamaları kütle ve hacim üzerinde bir prim koydu. FBRs yüksek güç yoğunluğu elde etti çünkü hızlı fission, verilen bir güç seviyesi için daha küçük bir temele izin vermeden önce daha küçük bir elektrik akımını azalttı.Bu, yüksek güç devretme yeteneğiyle bir araya getirme yeteneğiyle bir araya getiriyor (örneğin, elektrik şarj cihazı) Mars transfer araçları için, güneş enerjisinin yenilenmesi veya güneş enerjisinin yenilenmesi için uzun yıllar boyunca güç üretebilir.

Yakıt Sürdürülebilirliği ve Misyon Yaşam Daha Fazlasını

Dış gezegenlere veya kalıcı bir Ay veya Martian üssüne uzun süredir devam eden görevler için, yakıt lojistikleri kritik hale gelebilir. On yıl boyunca çalışan hızlı bir nüksyum, ek Dünya kaynaklı fissile materyali olmadan ikinci bir reaktöre başlamak için. kapalı bir yakıt döngüsünde, benzinli roketlerde yeniden işlenebilir (bu, mikrogravity ve vakumlamada önemli mühendislik zorlukları ortaya çıkabilir).

Verimli Kaynak Utilizasyon

Doğal uranyum, 50 kişilik bir faktör tarafından üretilen% 99,3'ten oluşur - 100. For-235. Termal reaktörler öncelikle nadir U-235. Hızlı yetiştiriciler, U-238'i kullanılabilir yakıtlara dönüştürebilir, enerjileri 50'den çıkarılabilir - 100. For-situ kaynak kullanımı (ISRU) için, bu verimlilik, başlangıçtaki kitlesel ve daha düşük misyon maliyetlerine dönüştürür.

Kapalı-Loop Sistemleri için Potansiyel

Hızlı bir cins reaktör kapalı yakıt döngüsü oluşturmak için yeniden işleme ünitesi ile eşleştirilebilir.Yerel geri dönüşüm karmaşık ve pahalı iken, atık azaltımı ve yakıt yenileme faydaları, uzay habitatları için adapte edilebilir ve uzun ömürlü eylemcilere sınırlanabilir.

Teknik Meydanlar ve Dava Strategies

Yenidenaktivite Kontrol ve Güvenlik

Herhangi bir uzay nükleer reaktörünün en büyük zorluklarından biri, bir fırlatma kazasında subktik kalmasını sağlarken, yörüngede veya yüzeyde hızlı bir başlangıç elde ederken FBR'ler genellikle hızlı spektrum nedeniyle ısıtıcı güvenlik çubuklarından daha yüksek bir reaktiviteye sahiptir.Pramento fişekleri ve birden fazla kırmızı kapatma sistemi gereklidir.

Irradiation ve Sıcaklık Altında Malzeme Degradasyon

Hızlı nötronlar, termal nötronlardan daha fazla hasara neden oluyor. Embrittlement, şişme ve ürpertici metaller daha belirgindir, özellikle de verimli elektrik üretimi için gerekli yüksek işletim sıcaklıklarında. Uzaylı FBR'ler gelişmiş alaşımlar gerektirir (örneğin, oksit-dispersiyon-dondurulmuş çelikler, niobium bazlı alaşımlar, özellikle de TD gibi metaller)

Vakumlu Rejeksiyon

Uzayda, ısı sadece radyasyon yoluyla reddedilebilir. Verilen bir elektrik çıkışı için, reaktör önemli bir termal yükü reddetmeli (tipik olarak 2 – 4 kez elektrik gücü) radyatörler aracılığıyla yüksek işletim sıcaklıkları daha küçük radyatörlere izin verir (T4). FBRANCET olarak daha yüksek sıcaklıklarda çalıştırılabilir.

Sıvı Metal Coolant Yönetimi

Mikrogravity, sıvı metal akışı ve ayrılık, düşük seviyeli alaşımlar (örneğin, NaK, eutectic lead-bismuth) ek olarak, elektromanyetik pompalarda hiçbir sorun tercih edilmez; ancak, bir yangının üzerinde bir başlangıç yapmak zorunda kalır; bu nedenle, düşük seviyeli bir yük-melleştirici-düzeltme-düzeltme-enerjiye rağmen genellikle daha düşük iletkenliğe rağmen, sodyum yangınlar genellikle ısıtılır.

Özel Uzay Misyonlarına Uygunluk

Ay ve Martian Bases için Yüzey Gücü

Güneş enerjisi Ay (14 gün gece) ve gerekli olursa Mars'ta zayıftır.A multi-kilowatt hızlı yetiştirici reaktör, yaşam desteği, ISRU bitkiler ve bilim aletleri için sürekli güç sağlayabilir.

Nükleer Elektrikli Taht (NEP)

Yüksek güç NEP, Mars'a ve ötesinde seyahat süresini azaltmak için anahtardır. A 2 MWe FBR elektrik itkileri (örneğin, Hall etkisi veya gridize edilmiş iyon itkileri) 900 gün (özellikle de Mars'a) bir tur-dönüşüm (özellikle derez) bu tür güç seviyeleri olmadan tüm görev için hızlı bir şekilde hareket ettirebilmelerini sağlar.

Deep-Space ve Dış Gezegen Misyonları

Jüpiter, Satürn ve ötesinde, güneş ışınlaması güneş dizileri için çok zayıftır. Radioisotope termoelektrik jeneratörleri (RTGs) birkaç yüz watt ile sınırlıdır.) Hızlı bir cins reaktör, 1990'ların başlarında iptal edilmeden önce onlarca kilovat teslim edilebilir.